面向储能应用的介质材料特性研究

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1、分类号_________学号：M201171261学校代码10487密级：硕士学位论文面向储能应用的介质材料特性研究学位申请人：刘德学科专业：高电压与绝缘技术指导教师：李化副教授林福昌教授答辩日期：2014年1月10日万方数据AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsFortheDegreeofMasterofEngineeringStudyontheCharacteristicsofEnergyStorageMaterialCandidate:LiuDeMajor:HighVoltageandInsu

2、lationTechnologySupervisor:Assoc.Prof.LiHuaProf.LinFuchangHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaJan,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签

3、名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打―√‖）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据摘要目前，在高储能密度电容器中，储能介质普遍采用双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜。主要是因为其击

4、穿场强较高、介质损耗较小并且为非极性材料。但是，目前聚丙烯的长期工作场强已经接近其击穿场强，双向拉伸聚丙烯薄膜电容器储能密度的进一步提高受到其自身击穿场强的限制。为了提高脉冲功率用高储能密度电容器的储能密度，本文选取了无碱玻璃材料作为主要研究对象。主要以现有BOPP薄膜为参考系统，对无碱玻璃的电气性能以及储能特性开展研究，研究其应用于高储能密度电容器的可行性。首先研究了无碱玻璃和BOPP膜的击穿特性，该种无碱玻璃的特征击穿场强高达908V/µm，相对介电常数在4.4-4.8之间；而BOPP的特征击穿场强仅为638V/µm，3相对介电常数仅为1.9-2.2；无碱玻璃和

5、BOPP的极限储能密度分别为16.05MJ/m和34.77MJ/m，无碱玻璃要远远高于聚丙烯的极限储能密度。研究了无碱玻璃和BOPP薄膜的体积电阻率和表面电阻率。研究表明，常温下2015（20℃）其体积电阻率和表面电阻率分别为8.46×10Ω•cm和3.02×10Ω，而聚丙烯1814的体积电阻率和表面电阻率分别为1×10Ω•cm和1.0×10Ω。相对于聚丙烯来说，无碱玻璃能够大大减小沿面泄漏和体泄漏。通过电滞回线比较研究了无碱玻璃和BOPP的储能特性，研究结果表明：无碱玻璃和BOPP的有效储能密度随着电场强度的增加而增加；其放电效率随着电场强度的3增加而减小。当电场

6、强度为500V/µm时，无碱玻璃的有效储能密度为5.78MJ/m，而3聚丙烯的有效储能密度仅为2.58MJ/m，无碱玻璃的有效储能密度是聚丙烯有效储能密度的2倍多。当频率为0.1-50Hz时，无碱玻璃和BOPP的放电效率都随着频率的增加而增加；在相同电场强度和频率下，无碱玻璃的放电效率要高于聚丙烯的放电效率，随着频率的增加，两种储能介质的放电效率的差距渐渐缩小。在50Hz时，无碱玻璃和聚丙烯的放电效率都在95%以上。最后，研究了无碱玻璃单元在缓慢充电和快速放电条件下的放电效率，其放电效I万方数据率随着电场强度的增加而下降；当电场强度为109V/μm时，无碱玻璃的放电

7、效率平均值为95.63%。这与利用电滞回线测试的无碱玻璃在电场强度为100V/μm，测试频率为10Hz时的放电效率比较一致。关键词：无碱玻璃；电滞回线；击穿场强；储能特性；放电效率II万方数据AbstractThebiaxiallyorientedpolypropylene(BOPP)filmiswidelyusedinhighenergydensitycapacitorsforthattheBOPPisakindofnon-polarmaterialwiththehighbreakdownstrengthandlowdielectricloss.However