[發明專利]一種鋯鈦酸鋇鈣纖維/聚醚砜基復合電介質制備及儲能性能優化

有效

• 申請號: 202110493387.9
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN112980188B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 張月;叢秀純;遲慶國;張昌海;王暄;雷清泉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: C08L81/06
• 分類號: C08L81/06;C08K7/08;C08J5/18;C08J7/00;H01G4/20;H01G4/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

本發明涉及一種鋯鈦酸鋇鈣纖維/聚醚砜(BZCT NFs/PESU)復合電介質及其制備方法，屬于電介質儲能材料技術領域，此發明是為解決聚醚砜電介質材料擊穿場強、儲能密度和能量效率低的問題。本發明采用熱處理技術探索出對電介質薄膜性能相對最佳的熱處理溫度，并采用靜電紡絲技術制備無機鋯鈦酸鋇鈣纖維填充相，填充相的摻雜量為復合介質的1wt.％、2wt.％、3wt.％、5wt.％、7wt.％，并用刮涂法與線性聚合物PESU進行復合，通過熱處理技術制備致密均勻的復合薄膜。本發明提高了聚合物基復合介質的介電性能、儲能性能，在電介質儲能領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于介質電容器領域，涉及一種鋯鈦酸鋇鈣纖維/聚醚砜聚合物基復合電介質制備及儲能性能優化的方法。

背景技術

面對全球能源領域的新格局以及新型能源的迅速發展，具有高儲能密度、高能量效率和高溫穩定性好的能源材料的研發迫在眉睫。電介質電容器因其具有較長的使用周期、良好的溫度穩定性，以及較高的功率密度等優點而得到廣泛的研究，但它的儲能密度有限。在本研究中，采用聚醚砜(PESU)作為復合介質的基體，鋯鈦酸鋇鈣纖維(0.5Ba(Zr_0.2Ti_0.8)O₃-0.5(Ba_0.7Ca_0.3)TiO₃)作為復合介質的填充相。線性聚合物聚醚砜具有較高的擊穿場強和低的介電損耗，這些特點有助于改善復合電介質的儲能效率。鋯鈦酸鋇鈣纖維(BZCT NFs)具有高的介電常數，這一特點有利于提高復合電介質的儲能密度。本實驗采用靜電紡絲技術制備BZCT NFs，并在PESU基體中添加BZCT NFs作為填充相。結合PESU和BZCTNFs二者的優點，成功制備了鋯鈦酸鋇鈣纖維/聚醚砜基復合電介質，進而研究了不同的含量BZCT NFs填充相對BZCT NFs/PESU復合薄膜在結構和性能方面的影響。BZCT NFs/PESU復合材料儲能密度得以改善的同時，也保證了高的充放電效率。

發明內容

本發明目的是為了解決電介質儲能密度低、效率低的問題，提供了一種鋯鈦酸鋇鈣纖維/聚醚砜基復合電介質制備及儲能性能優化的方法。

本實驗的技術方案：

一種鋯鈦酸鋇鈣纖維/聚醚砜基復合電介質制備及儲能性能優化，其特征在于，對純聚醚砜做熱處理，找到相對最佳的熱處理溫度，再進行制備鋯鈦酸鋇鈣纖維/聚醚砜基復合電介質。聚醚砜是聚合物基體，鋯鈦酸鋇鈣纖維為無機填充相。

其中，所述一種鋯鈦酸鋇鈣纖維在復合薄膜中的質量百分含量為1wt.％、2wt.％、3wt.％、5wt.％、7wt.％。

再次，所述一種鋯鈦酸鋇鈣纖維/聚醚砜基復合電介質制備及儲能性能優化，其特征在于，復合薄膜的厚度為8～20um。

一種鋯鈦酸鋇鈣纖維/聚醚砜基復合電介質制備及儲能性能優化的步驟如下：

步驟一、制備純聚醚砜基體：

稱取一定量的PESU顆粒溶解在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中。再把溶液放到磁力攪拌器上攪拌獲得均勻的溶液。把均勻的溶液澆鑄在干凈的玻璃板上，并將薄膜放入干燥箱中。分別在60℃、80℃、100℃、140℃、180℃下干燥，去除有機溶劑N-甲基吡咯烷酮，最后獲得致密均勻的PESU薄膜，探尋相對最佳的熱處理溫度。

步驟二、制備鋯鈦酸鋇鈣前驅體：

采用乙酸作為溶劑，乙酰丙酮作為穩定劑。八水合氫氧化鋇、氫氧化鈣和乙酰丙酮鋯作為固體溶質，鈦酸四丁酯作為液體溶質。首先，把八水合氫氧化鋇和氫氧化鈣加入乙酸溶劑中進行加熱攪拌，待溶液澄清后停止加熱。其次，加入乙酰丙酮和乙酰丙酮鋯粉末，溶液澄清后加入一定量的鈦酸四丁酯溶液。最后，再將聚乙烯吡咯烷酮粉末加入到透明溶液中并劇烈攪拌至澄清。最后，在室溫條件下進行陳化，形成穩定的鋯鈦酸鋇鈣前驅體溶液。

步驟三、制備鋯鈦酸鋇鈣纖維：