[發明專利]一種具有高溫儲能性能的五層PEI基復合薄膜及制備方法

在審

• 申請號: 202310638568.5
• 申請日: 2023-05-31
• 公開（公告）號: CN116512714A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 林營;黨禎兒;袁啟斌;楊海波
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: B32B27/28
• 分類號: B32B27/28;B32B27/20;B32B27/08;B29C70/30
• 代理公司: 北京中巡通大知識產權代理有限公司 11703
• 代理人: 張曉凱

本發明一種具有高溫儲能性能的五層PEI基復合薄膜及制備方法，將二維氮化硼納米片和PEI均勻分散得到混合液A；將500、200和100nm?BaTiOsubgt;3/subgt;納米顆粒與PEI分別均勻分散，得到混合液B、C和D，三種BaTiOsubgt;3/subgt;納米顆粒占相應PEI體積的5％；將混合液A進行流延，后真空干燥，按如下情況在形成的復合層上依次三次流延，每次完成后真空干燥：第一、二和三種情況均依次使用混合液B、C和D，第四種情況依次使用混合液B、D和B，第五種情況依次使用混合液D、B和D，第六種情況依次使用混合液D、C和B，用混合液A進行第五次流延，然后真空干燥，最后真空干燥，得到具有高溫儲能性能的五層PEI基復合薄膜。

技術領域

本發明屬于高溫儲能聚合物基介電材料領域，具體為一種具有高溫儲能性能的五層PEI基復合薄膜及制備方法。

背景技術

在諸多儲能器件中，電介質電容器具有工作電壓高、功率密度高與服役壽命長等特點，是智能電網、新能源汽車與高能量脈沖武器等領域量大面廣的關鍵性器件。與陶瓷電容器相比，聚合物薄膜電容器具有柔韌性強、擊穿場強高、體積小、重量輕、制備工藝靈活等優勢。電力電子設備日益提高的小型化和集成化對聚合物基高溫儲能介電材料提出了迫切需求。

聚醚酰亞胺(PEI)具有高玻璃化轉變溫度、高擊穿場強、低介電損耗、優異的熱穩定性和良好的絕緣性能，已經廣泛應用在當前高溫儲能聚合物基介電材料領域中。當前，在聚合物基體PEI中引入二維氮化硼納米片(BNNSs)、氧化鋁納米顆粒(Al₂O₃?NPs)、二氧化硅納米顆粒(SiO₂?NPs)等寬帶隙材料能夠抑制高溫下的電導損耗，提高擊穿場強和儲能效率，然而寬帶隙材料相對較低的介電常數限制了儲能密度的提高。通過構建多層結構，結合極化層高介電常數和絕緣層高擊穿場強的優勢，能夠提高儲能密度。然而，過量的焦耳熱積累，極大地增加了電導損耗，導致儲能效率降低。

由此可見，如何使PEI基復合薄膜材料在高溫下同時具備高儲能密度和高儲能效率是目前亟待解決的技術問題。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種具有高溫儲能性能的五層PEI基復合薄膜及制備方法，工藝簡單、穩定，適合工業化生產，在150℃的溫度和450MV/m的電場強度下，具有6.45～7.36J/cm³的高儲能密度和73.72％～83.53％的高儲能效率。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種具有高溫儲能性能的五層PEI基復合薄膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將二維氮化硼納米片和PEI在有機溶劑中均勻分散，二維氮化硼納米片占PEI體積的0.5％，得到混合液A；將500nm?BaTiO₃納米顆粒與PEI在有機溶劑中均勻分散，得到混合液B，將200nm?BaTiO₃納米顆粒與PEI在有機溶劑中均勻分散，得到混合液C，將100nmBaTiO₃納米顆粒與PEI在有機溶劑中均勻分散，得到混合液D，所述三種BaTiO₃納米顆粒占相應PEI體積的5％；

步驟2，將混合液A進行流延，然后在57～63℃下真空干燥15～20min，按如下6種不同的情況在形成的BNNSs/PEI復合層上依次進行三次流延，每次完成后在57～63℃下真空干燥25～30min，依次形成第二復合層、第三復合層和第四復合層：

第一種情況均使用混合液B，第二種情況均使用混合液C，第三種情況均使用混合液D，第四種情況依次使用混合液B、混合液D和混合液B，第五種情況依次使用混合液D、混合液B和混合液D，第六種情況依次使用混合液D、混合液C和混合液B；