深圳先進(jìn)院在介電儲能材料研究中取得進(jìn)展

　　近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院汪正平、孫蓉帶領(lǐng)的先進(jìn)材料研究中心團(tuán)隊成功找到了一種可以大幅度提高復(fù)合材料介電常數(shù)的方法，同時在介電儲能方面也有突出的性能。相關(guān)研究成果以Construction of a 3D-BaTiO3 network leading to significantly enhanced dielectric permittivity and energy storage density of polymer composites（《鈦酸鋇三維網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建極大地提高了聚合物復(fù)合材料的介電常數(shù)和能量儲存密度》）為題發(fā)表于《能源與環(huán)境科學(xué)》（Energy & Environmental Science，2017, DOI: 10.1039/c6ee03190k）。

　　隨著石化能源的快速消耗，催生了可再生能源的開發(fā)利用以及各種儲能技術(shù)的發(fā)展。電介質(zhì)儲能技術(shù)具有異常快的能量轉(zhuǎn)換速率，工作時間長以及環(huán)境友好等特點(diǎn)，已經(jīng)在現(xiàn)代電子電力工業(yè)如可穿戴電子、混合動力汽車、武器系統(tǒng)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著電子器件向小型化和高性能化方向的發(fā)展，迫切需要具有高儲能密度的電介質(zhì)材料。

　　對于無機(jī)顆粒分散填充的聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料，即使高介電的填料粒子體積含量高于50 vol%，復(fù)合材料的介電常數(shù)由于受制于聚合物的低介電而難以獲得突破（通常低于50）?；诖耍钲谙冗M(jìn)院電子功能材料小組于淑會、羅遂斌等人通過對復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和制備方法進(jìn)行設(shè)計，在聚合物體系中構(gòu)建三維高介電網(wǎng)絡(luò)，成功解決了聚合物復(fù)合材料介電常數(shù)難以提升的難題，在陶瓷填料含量僅為30vol%時，介電常數(shù)突破200，同時儲能密度亦得到大幅提升。

　　圖1 (a) 3D 鈦酸鋇/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備過程示意圖；(b,c)冷凍干燥后的BT-纖維素/環(huán)氧樹脂橫截面掃描電鏡照片；(d,e)3D 鈦酸鋇/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料橫截面掃描電鏡照片。

　　圖2 鈦酸鋇/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的介電性能及微觀原理分析示意圖。