基于二维铌酸钠掺杂的PVDF复合材料制备与储能特性研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:drifter
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当今社会,能源的需求量与日俱增,化石能源不断被消耗,新能源的开发与应用仍有许多问题亟需解决,在储能领域,传统电池难以快速充放电,传统的电容器储能密度低,因此我们需要研究探索出新的高储能密度介质材料。本文制备了NaNbO3/PVDF复合材料薄膜,目的是为了制得同时具有陶瓷材料的高介电常数和聚合物材料的高击穿场强两种优点的复合储能材料。本文首先利用两步熔盐法制作二维NaNbO3填料,将制得的NaNbO3按不同体积比填充进PVDF溶液,利用溶液法制作出体积比分别为0.5%、1%、1.5%、2%、3%、4%的NaNbO3/PVDF复合材料薄膜。采用SEM电镜,XRD衍射,红外光谱分析等手段对复合薄膜进行表征,利用威布尔分布分析复合材料的击穿特性,利用介电谱分析复合材料的介电特性,利用铁电分析系统对材料的储能特性进行测试。结果表明:对于复合材料的击穿特性,NaNbO3/PVDF纳米复合材料击穿强度会随着NaNbO3填充量的增大而减小;对于复合材料的介电特性,复合材料的相对介电常数会随着NaNbO3填充量增大而增大,在整个频率范围内,相对介电常数会随着频率的增加而降低。随着频率的增加,复合介质的损耗角正切值先减小后增大,在同一电场下,复合介质的损耗随着NaNbO3填充量的升高而增大。复合介质的电导率随着频率的增加而升高,随着NaNbO3填充量的升高,复合介质的电导率增加;在NaNbO3填充量在0.5%-4%的范围内,NaNbO3/PVDF复合材料储能密度随NaNbO3填充量体积比的增加而增加,但由于高掺杂比的材料不耐击穿,在高场强下陶瓷掺杂比例低的材料反而获得更高的储能密度;复合薄膜储能效率随着电场强度的增加而下降,因此综合考虑,本文中掺杂比例为0.5vol%的NaNbO3/PVDF复合薄膜各项指标最优。
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