美國研發(fā)新型薄膜材料 改善電容儲能

    隨著電動汽車市場的快速發(fā)展，更短的充電時間，更長的續(xù)航里程對動力電池提出了挑戰(zhàn)。在續(xù)航里程方面，需要有高儲能能力的裝置，而功率密度和能量密度無疑是兩個重量級因素。超級電容在儲能方面有著自己的優(yōu)勢。

    不過現(xiàn)在的超級電容卻有一個缺點(diǎn)：其所使用的BOPP隔膜（一種雙向高分子聚合物），并不能工作在高溫條件下，尤其對于汽車這種應(yīng)用環(huán)境，必須要有額外的制冷設(shè)備。這一問題也導(dǎo)致汽車的重量及制造成本的增加。

    最近來自賓夕法尼亞大學(xué)的研究表明：由高分子聚合物和陶瓷合成的新型復(fù)合材料，可能有助于解決這個問題。

    之前的研究主要集中在由納米陶瓷和高分子聚合物合成的雙向薄膜復(fù)合材料。雖然該復(fù)合材料能夠抵抗較高的工作溫度，并且實(shí)現(xiàn)較好的充放電效率，但是也存在一個明顯的缺點(diǎn)：介電常數(shù)較低，或者在外加電場下易于發(fā)生分解。這會使電池的能量密度低到不能接受的地步。

    目前，賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員正在開發(fā)一種稱之為SSN-x的夾層復(fù)合材料，這種材料不但可以在高溫下使用，而且介電常數(shù)很高，研究院人員將他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在了8月22號的《美國國家科學(xué)院院刊》上。

氮化硼納米片（藍(lán)色和白色原子）充當(dāng)絕緣體，能夠在高溫能量存儲中保護(hù)處于中層的硝酸鋇（綠色和紫色原子）

    SSN-X夾層的外層是由c—BCB聚合物基質(zhì)上的氮化硼納米片合成的材料。外層這種復(fù)合材料充當(dāng)著絕緣體的角色，阻止了從電容裝置的電極進(jìn)行充電。由于外層材料的性質(zhì)，科學(xué)家專注于調(diào)整由鈦酸鋇納米粒子和c-BCB合成的中心層材料配方，使其中心層材料具有高的介電常數(shù)。夾層結(jié)構(gòu)和中心層配方的調(diào)整極大提高了SSN-X夾層復(fù)合材料的能量密度和功率密度。

    賓夕法尼亞州立大學(xué)的材料科學(xué)家兼首席研究員王慶說到，“以前，人們只專注于雙向薄膜材料，并通過調(diào)整其材料成分來改變材料特性，現(xiàn)在我們把目光放在了三向結(jié)構(gòu)，這為我們調(diào)整材料成分和優(yōu)化材料性能提供了更大空間。”

    在實(shí)驗(yàn)中研究人員發(fā)現(xiàn)，SSN-x復(fù)合材料可以在150℃條件下工作，（這個實(shí)驗(yàn)溫度足以讓它經(jīng)受得住電動汽車工作溫度的考驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)中，SSN-x復(fù)合材料經(jīng)受住了24小時，并且多達(dá)30，000多次的連續(xù)充放電考驗(yàn)，并沒有發(fā)生充放電退化跡象。在高溫條件下，從能量密度，功率密度，充放電效率，材料分解前的充放電次數(shù)來講，SSN-X復(fù)合材料的性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于最先進(jìn)的高分析聚合物。

    “目前，我們希望這種材料可以以經(jīng)濟(jì)的成本進(jìn)行大批量生產(chǎn)”，王慶說道，同時也希望和電子工程以及系統(tǒng)工程師一起探究將這種材料有效集成到混合動力和純電動汽車上的方法”。<