中國科學(xué)院電工研究所研究員邵濤團隊與合作者突破了國產(chǎn)儲能電容器薄膜性能瓶頸。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《先進材料》。

薄膜電容器是特高壓直流輸電、柔性直流輸電、電磁能裝備的核心儲能器件。雙向拉伸聚丙烯(BOPP)作為薄膜電容器的關(guān)鍵材料，具有擊穿電場高、常溫?fù)p耗低等優(yōu)勢，但高溫下BOPP擊穿電場嚴(yán)重下降、損耗急劇增加，成為限制薄膜電容器性能的瓶頸。現(xiàn)有研究大多通過無機摻雜、表面噴涂、沉積、接枝等方法提升BOPP介電性能，但這些方法需攻克從實驗室到工業(yè)應(yīng)用的難題。

該研究采用氣體放電等離子體高效產(chǎn)生KrCl(222 納米)和Xe2 (172納米)準(zhǔn)分子深紫外光，具有光子能量高、環(huán)境友好等優(yōu)勢，在常壓空氣中直接輻照改性BOPP。作為一種“軟”改性方法，可無損實現(xiàn)BOPP斷鍵、重構(gòu)，裂解氧分子、產(chǎn)生氧原子，形成熱穩(wěn)定性更好的C-O鍵，且避免引入新的界面問題。改性后的BOPP擊穿電場常溫下提升17%、120℃下提升52%，常溫下效率大于95%放電密度由4 兆焦每立方米提升到7.5兆焦每立方米。該方法還可以拓展到其他高溫介質(zhì)薄膜，具有良好的通用性。

為了揭示改性內(nèi)在機理，研究人員建立了分辨率達0.5 微米的激光誘導(dǎo)壓力波空間電荷測量方法，原位獲得了改性前后BOPP原樣品的空間電荷分布。

該研究全鏈條深度融合放電等離子體產(chǎn)生與材料改性應(yīng)用，處理過程不涉及任何化學(xué)試劑、不產(chǎn)生高污染副產(chǎn)物，具有一步、通量大、能耗低等優(yōu)勢，對突破國產(chǎn)儲能電容器薄膜性能瓶頸具有重要意義。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202311713

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