中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：記者5月13日從南京航空航天大學(xué)獲悉，該?？蒲袌F(tuán)隊(duì)聯(lián)手中外學(xué)者創(chuàng)新研發(fā)出儲(chǔ)能密度較高的新型納米復(fù)合薄膜儲(chǔ)能器件，其儲(chǔ)能密度可達(dá)215.8焦/立方厘米，刷新介電儲(chǔ)能密度國(guó)際最高紀(jì)錄。相關(guān)論文發(fā)表于《科學(xué)》。
論文第一作者、南京航空航天大學(xué)博士后劉亞靜介紹，目前廣泛應(yīng)用的儲(chǔ)能器件包括鋰電池、超級(jí)電容器、介電儲(chǔ)能器件等。其中，介電儲(chǔ)能器件具有功率密度高、充放電速度快、使用壽命長(zhǎng)、高溫穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，適用于可以瞬時(shí)釋放高電能的使用場(chǎng)景，在起搏器、電動(dòng)汽車(chē)、電網(wǎng)、可再生能源等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景。
“但長(zhǎng)期以來(lái)，介電材料的儲(chǔ)能密度顯著低于鋰電池等主流儲(chǔ)能技術(shù)，這成為限制其進(jìn)一步應(yīng)用的瓶頸?！眲嗢o介紹，“為介電儲(chǔ)能器件施加的電場(chǎng)過(guò)強(qiáng)時(shí)，器件材料的絕緣性被破壞，電子會(huì)像失控一樣大量流動(dòng)，瞬間形成導(dǎo)電通路，導(dǎo)致電流劇增，可能引發(fā)短路或器件損壞。所以，研發(fā)能耐受電擊穿的介電儲(chǔ)能器件至關(guān)重要?！?/span>
此次研究中，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地在寬禁帶絕緣介電材料中采用“樹(shù)枝狀納米極性結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)策略，構(gòu)建了納米復(fù)合薄膜模型體系。
“在復(fù)合結(jié)構(gòu)中，寬禁帶絕緣介電材料的帶隙比傳統(tǒng)材料更寬，因此更耐高壓、高溫，儲(chǔ)能性能也更強(qiáng)。而樹(shù)枝狀的結(jié)構(gòu)，又可以阻擋電擊穿過(guò)程中電束的擊穿路徑，讓器件更耐高壓?！眲嗢o說(shuō)。
團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的長(zhǎng)寬為5毫米、厚度為100納米的介電儲(chǔ)能器件，在7.4兆瓦/厘米的電場(chǎng)下，儲(chǔ)能密度可達(dá)215.8焦/立方厘米，刷新了介電儲(chǔ)能密度國(guó)際最高紀(jì)錄。同時(shí)，該器件具備80.7%的儲(chǔ)能效率，在零下100攝氏度至零上170攝氏度寬溫區(qū)范圍及1010次疲勞循環(huán)測(cè)試下，仍保持穩(wěn)定性能。
“此次研究為高性能儲(chǔ)能器件開(kāi)發(fā)提供了創(chuàng)新性策略?！眲嗢o表示，未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)將研制尺寸更大的硅基介電儲(chǔ)能器件，為產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供理論支撐。
