面向儲能應用的介質材料特性研究.pdf

1、目前，在高儲能密度電容器中，儲能介質普遍采用雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜。主要是因為其擊穿場強較高、介質損耗較小并且為非極性材料。但是，目前聚丙烯的長期工作場強已經(jīng)接近其擊穿場強，雙向拉伸聚丙烯薄膜電容器儲能密度的進一步提高受到其自身擊穿場強的限制。
　　為了提高脈沖功率用高儲能密度電容器的儲能密度，本文選取了無堿玻璃材料作為主要研究對象。主要以現(xiàn)有BOPP薄膜為參考系統(tǒng)，對無堿玻璃的電氣性能以及儲能特性開展研究，研究其應用于高

2、儲能密度電容器的可行性。
　　首先研究了無堿玻璃和BOPP膜的擊穿特性，該種無堿玻璃的特征擊穿場強高達908 V/μm，相對介電常數(shù)在4.4-4.8之間；而BOPP的特征擊穿場強僅為638 V/μm，相對介電常數(shù)僅為1.9-2.2；無堿玻璃和BOPP的極限儲能密度分別為16.05 MJ/m3和4.77 MJ/m3，無堿玻璃要遠遠高于聚丙烯的極限儲能密度。
　　研究了無堿玻璃和 BOPP薄膜的體積電阻率和表面電阻率。研究表明，

3、常溫下（20℃）其體積電阻率和表面電阻率分別為8.46×1020Ω·cm和3.02×1015Ω，而聚丙烯的體積電阻率和表面電阻率分別為1×1018Ω·cm和1.0×1014Ω。相對于聚丙烯來說，無堿玻璃能夠大大減小沿面泄漏和體泄漏。
　　通過電滯回線比較研究了無堿玻璃和BOPP的儲能特性，研究結果表明：無堿玻璃和BOPP的有效儲能密度隨著電場強度的增加而增加；其放電效率隨著電場強度的增加而減小。當電場強度為500V/μm時，無堿玻

4、璃的有效儲能密度為5.78 MJ/m3，而聚丙烯的有效儲能密度僅為2.58MJ/m3，無堿玻璃的有效儲能密度是聚丙烯有效儲能密度的2倍多。當頻率為0.1-50Hz時，無堿玻璃和BOPP的放電效率都隨著頻率的增加而增加；在相同電場強度和頻率下，無堿玻璃的放電效率要高于聚丙烯的放電效率，隨著頻率的增加，兩種儲能介質的放電效率的差距漸漸縮小。在50Hz時，無堿玻璃和聚丙烯的放電效率都在95％以上。
　　最后，研究了無堿玻璃單元在緩慢充電