新型3D复合材料可耐受电动车内高温环境

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美国宾州大学(Penn State University)的研究人员发现了一种方法,能避免高密度超级电容器的电介质(dielectric)被击穿或是泄漏,特别是将超级电容应用于混合动力/电动车辆等超高温环境;同时还能提升超级电容的能量密度。

混合动力电动汽车/现有的超级电容器的解决方案通常是双向拉伸聚丙烯(BOPP双向拉伸聚丙烯材料,这种材料),无需增加额外的冷却装置,耐高温不能操作车内环境;因此,研究人员试图增加聚合物的介电常数(介电常数)的时间,并希望减少能量特性通过热的形式耗散。

为了实现这一目标,夹层结构的研究团队开发了一个三维形状的顶部和底部电极可以阻止电荷的注入,中间层是由高介电常数的陶瓷/聚合物杂化膜材料构成;外层含氮化硼纳米聚合物基(氮化硼),可以起到很好的绝缘体,通过钛酸钡系(钛酸钡)由中央层产生。

通过从电极上的势垒进入三维形状的这种独特的夹层结构,可以有效地保护聚合物/陶瓷复合材料在高密度电场下不击穿;根据已发表的研究小组,宾夕法尼亚大学,该解决方案可以使超级电容器在高温环境下连续运行24小时,充放电周期超过3万倍的性能。

相比于BOPP,新的纳米复合材料夹层结构ssn-x命名的,它是基于X和钛酸钡纳米复合材料对中央层比例显示相同的能量的充电和放电,且操作温度可达150°C;BOPP材料可以达到70°C的工作温度。

研究人员强调,新材料ssn-x能量密度是BOPP的几倍,使其成为电动汽车和空间应用的理想选择,因为这些应用于超级电容器在高温环境下稳定运行,和能量存储性能下降。此外,复合材料不加热,并不能使用笨重和昂贵的冷却设备。

现在,宾夕法尼亚大学的研究人员正在寻找工业合作伙伴,为制造技术的研究,新材料,并澄清如何实现大规模生产竞争力。

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