Разработан «идеальный» энергоаккумулятор для электромобилей

«Полимеры идеально подходят для хранения энергии при транспортировке благодаря их легкому весу, масштабируемости и высокой диэлектрической прочности», — говорит Цин Ван, профессор материаловедения и инженерии и руководитель группы. «Однако существующий коммерческий полимер, используемый в гибридных и электрических транспортных средствах, называемый БОПП, не может выдерживать высокие рабочие температуры без значительного дополнительного охлаждающего оборудования. Это увеличивает вес и стоимость транспортных средств».Для достижения цели исследователям пришлось преодолеть две проблемы. В обычных двумерных полимерных пленках, таких как БОПП, увеличение диэлектрической проницаемости, напряженности электрического поля, противоречит стабильности и эффективности заряда-разряда.

Чем выше поле, тем больше вероятность того, что материал будет выделять энергию в виде тепла. Первоначально исследователи из Пенсильвании занялись этой проблемой, смешивая разные материалы, пытаясь сбалансировать конкурирующие свойства в двухмерной форме. Хотя это увеличило энергоемкость, они обнаружили, что пленка разрушается при высоких температурах, когда электроны выходят из электродов и впрыскиваются в полимер, что вызывает образование электрического тока.«Вот почему мы разработали эту сэндвич-структуру», — говорит Ван. «У нас есть верхний и нижний слои, которые блокируют инжекцию заряда с электродов.

Затем в центральный слой мы можем поместить весь керамический / полимерный наполнитель с высокой диэлектрической постоянной, который улучшает энергию и плотность мощности».Внешние слои, состоящие из нанолистов нитрида бора в полимерной матрице, являются отличными изоляторами. В то время как центральный слой представляет собой материал с высокой диэлектрической проницаемостью, называемый титанатом бария.

«Мы показываем, что можем эксплуатировать этот материал при высокой температуре в течение 24 часов подряд в течение более чем 30 000 циклов, и он не обнаруживает деградации», — говорит Ван.Сравнение с БОППСравнение БОПП и нанокомпозита с многослойной структурой, называемого SSN-x, в котором x обозначает процентное содержание нанокомпозитов титаната бария в центральном слое, показывает, что при 150 ° C SSN-x имеет по существу одинаковую энергию заряда-разряда. как BOPP при типичной рабочей температуре 70 градусов C. Однако SSN-x имеет в несколько раз большую плотность энергии, чем BOPP, что делает SSN-x очень предпочтительным для электромобилей и аэрокосмических приложений в качестве накопителя энергии из-за способности уменьшать размер и вес электроники значительно улучшили производительность и стабильность системы.

Дополнительным преимуществом является устранение громоздкого и дорогостоящего охлаждающего оборудования, необходимого для БОПП.«Наш следующий шаг — работать с компанией или с дополнительными ресурсами, чтобы провести исследования технологичности, чтобы увидеть, можно ли производить материал в больших масштабах по разумной цене», — говорит Ван. «Мы продемонстрировали характеристики материалов в лаборатории. Мы разрабатываем ряд современных материалов в сотрудничестве с нашим коллегой по теории Лун-Цин Ченом в нашем отделе.

Поскольку мы имеем дело с трехмерным пространством, оно это не просто выбор материалов, а то, как мы организуем множество наноразмерных материалов в определенных местах. Теория помогает нам рационально разрабатывать материалы ».


Портал обо всем