[發(fā)明專利]一種PDMS基柔性儲(chǔ)能復(fù)合膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110571224.8
• 申請(qǐng)日: 2021-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN113150554B
• 公開（公告）日: 2023-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭艷艷;曾春香;張沖;張盟;趙江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L83/04
• 分類號(hào): C08L83/04;C08K3/24;C08K7/08;C08J5/18
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 許婉靜

本發(fā)明提供了一種PDMS基柔性儲(chǔ)能復(fù)合膜及其制備方法，屬于聚合物儲(chǔ)能領(lǐng)域。該柔性復(fù)合膜以聚二甲基硅氧烷(PDMS)為基體，將具有高介電常數(shù)的無機(jī)介質(zhì)填料按不同比例均勻分散到PDMS基體中，制備出具有超高儲(chǔ)能效率的PDMS基柔性儲(chǔ)能復(fù)合膜。該制備方法工藝簡(jiǎn)單、原料價(jià)格低廉，制備出的復(fù)合膜同時(shí)兼有高介電常數(shù)、低介電損耗、高儲(chǔ)能密度和高儲(chǔ)能效率。特別地，對(duì)于以鈦酸鋇納米顆粒為填料的復(fù)合膜，其儲(chǔ)能密度高達(dá)7.1J/cm³，儲(chǔ)能效率可以高達(dá)99％；對(duì)于以鈦酸鍶鋇納米線為填料的復(fù)合膜，其儲(chǔ)能密度高達(dá)11.7J/cm³，同時(shí)可以保持99％的超高儲(chǔ)能效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于聚合物儲(chǔ)能領(lǐng)域，涉及一種PDMS基柔性儲(chǔ)能復(fù)合膜及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著人們對(duì)能源可持續(xù)發(fā)展的日益關(guān)注，電介質(zhì)儲(chǔ)能材料因其具有超快充放電能力且具有高功率密度，日益受到人們的關(guān)注和研究。高介電聚合物基復(fù)合儲(chǔ)能材料發(fā)展迅速，特別是鐵電陶瓷/聚合物復(fù)合材料。這種復(fù)合材料結(jié)合了鐵電陶瓷的高介電常數(shù)和聚合物的易加工、韌性好的特性，得到了廣泛的應(yīng)用。目前研究較多的聚合物材料有聚乙烯(PE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚苯乙烯(PS)、聚四氟乙烯(PTFE)以及雙向拉伸聚丙烯(BOPP)等。然而，這些材料的儲(chǔ)能效率一般都不太高，引起了較大的能量損耗，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致電介質(zhì)材料發(fā)熱，從而影響器件運(yùn)行的穩(wěn)定性和使用壽命。因此，開發(fā)性能優(yōu)異的電介質(zhì)儲(chǔ)能材料不僅要提高其儲(chǔ)能密度，還要保證高的儲(chǔ)能效率。

《納米BT/PVDF復(fù)合材料的研究》(DOI：CNKI:CDMD:2.2010.170527)中公開了使用納米鈦酸鋇/聚偏氟乙烯兩相復(fù)合材料作為電荷儲(chǔ)能薄膜，還公開了鈦酸鋇/聚偏氟乙烯復(fù)合材料的制備方法。將鈦酸鋇(BT)與N,N-二甲基甲酰胺混合，再將混合液與PVDF粉體混合形成漿料；將漿料進(jìn)一步球磨，使鈦酸鋇在漿料中進(jìn)一步分散；將混合好的漿料蒸去溶劑固化成膜。但是該文獻(xiàn)中公開的擊穿場(chǎng)強(qiáng)最大不超過68kv/mm，儲(chǔ)能密度最大為50000J/m³，并且沒有公開鈦酸鍶鋇/聚偏氟乙烯(BT/PVDF)復(fù)合材料的儲(chǔ)能效率。

聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有優(yōu)越的柔性、易加工、無毒、電導(dǎo)率低、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)和價(jià)格低廉等特點(diǎn)。因此，PDMS近年來在介電和壓電等方面受到越來越多的關(guān)注，但是其在儲(chǔ)能方面的應(yīng)用目前幾乎沒有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種新型的高儲(chǔ)能密度、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、超高儲(chǔ)能效率的PDMS基柔性儲(chǔ)能復(fù)合膜；本發(fā)明的另一目的是提供該P(yáng)DMS基柔性儲(chǔ)能復(fù)合膜的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種PDMS基柔性儲(chǔ)能復(fù)合膜，以PDMS為基體，以無機(jī)介質(zhì)納米顆?；驘o機(jī)介質(zhì)納米線為填料；所述無機(jī)介質(zhì)納米顆粒為鈦酸鋇或鈦酸鍶鋇納米顆粒，所述無機(jī)介質(zhì)納米線為鈦酸鋇或鈦酸鍶鋇納米線；當(dāng)所述填料為無機(jī)介質(zhì)納米顆粒時(shí)，所述填料與所述PDMS的質(zhì)量比為1:19～1:4；當(dāng)所述填料為無機(jī)介質(zhì)納米線時(shí)，所述填料與所述PDMS的質(zhì)量比為1:39～1:9。

聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一種半無機(jī)半有機(jī)的特殊高分子材料，其具有較高的親有機(jī)物性能、疏水性和滲透性。PDMS彈性體是一種不尋常的合成聚合物，其主鏈由“無機(jī)”的重復(fù)單元(即硅氧鍵)組成，而硅原子則連接在有機(jī)基團(tuán)例如甲基上。無機(jī)和有機(jī)單元的存在賦予聚硅氧烷獨(dú)特的性能，以及熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。本發(fā)明的發(fā)明人在實(shí)驗(yàn)過程中偶然間發(fā)現(xiàn)，以PDMS為基體并以無機(jī)介質(zhì)納米材料為填料時(shí)得到的柔性儲(chǔ)能復(fù)合膜同時(shí)具備高儲(chǔ)能密度和超高儲(chǔ)能效率的優(yōu)勢(shì)，尤其是以鈦酸鋇納米顆粒為填料時(shí)，其儲(chǔ)能密度高達(dá)7.1J/cm³，儲(chǔ)能效率可以高達(dá)99％；以鈦酸鍶鋇納米線為填料時(shí)，其儲(chǔ)能密度高達(dá)11.7J/cm³，同時(shí)可以保持99％的超高儲(chǔ)能效率。

優(yōu)選的，所述無機(jī)介質(zhì)納米顆粒與所述PDMS的質(zhì)量比為1:19～1:9。