新電容材料問(wèn)世 電動(dòng)汽車有望更輕更便宜

【亞洲配件網(wǎng)訊】目前，無(wú)論是電動(dòng)汽車還是混合動(dòng)力汽車，電池和汽車動(dòng)力裝置之間的電容材料，都使用的是普通雙向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜，然而，該材料只能在 70℃以內(nèi)發(fā)揮優(yōu)良性能。為此，電動(dòng)汽車內(nèi)部必須額外為該材料安裝降溫裝置。眾所周知，降溫裝置不僅增加了整車的重量，還增加了整車生產(chǎn)成本。

近期，賓夕法尼亞州立大學(xué)材料科學(xué)家團(tuán)隊(duì)通過(guò)改變材料結(jié)構(gòu)，研發(fā)出一種新電容材料，該材料能在 150℃的高溫狀態(tài)下保持優(yōu)良性能。一旦這種新材料推向市場(chǎng)，電動(dòng)汽車內(nèi)部可能就再也不需安裝降溫裝置了。

新電容材料問(wèn)世，電動(dòng)汽車有望更輕更便宜

電動(dòng)汽車內(nèi)部的電容材料

高分子聚合物是理想的交通運(yùn)輸電容儲(chǔ)能材料，因?yàn)樗亓枯p、可擴(kuò)展性強(qiáng)，擁有極佳絕緣性能。BOPP 是目前商用范圍最廣的聚合物材料，你家里的透明膠帶、樂(lè)事薯片包裝袋、方便面包裝等，都有 BOPP 的功勞。

然而，BOPP 并不耐高溫，所以，當(dāng)把它用在電動(dòng)汽車?yán)锂?dāng)做電極時(shí)，電動(dòng)汽車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的高溫能很快將其損壞，于是降溫裝置成了電動(dòng)汽車內(nèi)部很重要的一個(gè)部件。那么，有沒(méi)有一種材料既能保持絕緣性能的同時(shí)，還能耐住高溫呢?賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究者們給出的答案是：能，但需要改變以往材料的結(jié)構(gòu)。

新材料：改變結(jié)構(gòu)也能引起質(zhì)變

賓夕法尼亞州立大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授王晴(Qing Wang，音譯)向第四能源記者表示，「我們將以往的薄膜改變?yōu)槿髦谓Y(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能在高溫和強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下保護(hù)材料不受損壞?！?/p>

正常的聚合物膜，比如 BOPP，在提高電容率和電場(chǎng)強(qiáng)度的情況下，會(huì)影響其穩(wěn)定性和充放電效率。電場(chǎng)越強(qiáng)，聚合物膜會(huì)隨著溫度升高而泄露能量。所以研究者們嘗試通過(guò)混合不同的材料，以平衡其化學(xué)特性。然而，這樣做之后，雖然能提高電容材料的儲(chǔ)能容量，但在高溫條件下，電子從電極逃逸，然后進(jìn)入到聚合物膜，從而形成電流，導(dǎo)電之后的薄膜很容易就毀壞了。

既然復(fù)合材料無(wú)法從根本上解決問(wèn)題，那么突破口究竟在哪兒呢?最后，研究者們想到了改良材料結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，他們構(gòu)建了這種三明治結(jié)構(gòu)。王晴向筆者展示了原理圖，圖中我們可以看到，頂層和底層的材料能阻擋電極的電荷注入，而在中間層，他們放入了能提高能量密度和功率密度的高電容率聚合物材料。

三明治結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

「表層材料為氮化硼納米薄片(圖中的藍(lán)色和白色原子)，能充當(dāng)絕緣體;中間層材料為鈦酸鋇(圖中綠色和紫色原子)，它能提高介電常數(shù)，用于高溫條件下的能量存儲(chǔ)?！雇跚缦蚬P者做出了進(jìn)一步解釋。

我們都知道，氮化硼納米薄片組成的聚合物基體是絕佳的絕緣體，而鈦酸鋇則是一種高電容材料，這樣的排列組合構(gòu)建了一種全新的材料，它具有高能量密度、高功率密度和優(yōu)秀的充放電循環(huán)效率等諸多優(yōu)勢(shì)特性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與 BOPP 相比，這種新材料在 150℃的高溫下，充放電循環(huán)效率與 BOPP 在 70℃時(shí)保持一致。并且，在保持如此高溫條件下，經(jīng)過(guò) 24 小時(shí)不間斷的測(cè)試，這種材料沒(méi)有任何損壞。

對(duì)于未來(lái)，王晴表示看好，「我們下一步是希望能與企業(yè)展開合作，做進(jìn)一步研究，看這種新材料是否能以合理的價(jià)格量產(chǎn)，從而推向市場(chǎng)?！?/p>

美國(guó)海軍研究局對(duì)該項(xiàng)研究工作給予了資金支持，研究成果已發(fā)表在 8 月 22 日的美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences)。

（責(zé)任編輯：晨雪 QQ:2355779328）

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