Полимерные аккумуляторы

Полимерные аккумуляторы

Распространения солнечной энергии, энергии ветра и приливов, даже появление гибридных электрических автомобилей требует гибких и надежных методов их высокой пропускной способности электрических аккумуляторных. Теперь команда Penn State материалы ученых разрабатывает сегнетоэлектрических полимерных базе конденсаторов, что может дать власти гораздо быстрее и гораздо светлее, чем обычные батарейки.

"Электрическая энергия хранения является очень важным для всех электрических и электронных систем", говорит Ван Цин, адъюнкт-профессор материаловедения и инженерии. "Даже возобновляемых энергетических систем, таких как солнечные батареи нужно хранить где-то избыток энергии, которые будут использоваться в ночное время".

Ван и его исследовательская группа сообщила 20 августа на 236th национальных Американского химического общества встрече в Филадельфии в двух документах, о развитии плотности мощности tunable полимеров и полимерных керамические нанокомпозиты, как аккумуляторные материалов для конденсаторов. В настоящее время власти кондиционирование осуществляется конденсаторы, но Ван считает, что в конечном итоге правильно настроены полимерные конденсаторы могут заменить батарейки.

"Традиционные материалы, керамические материалы, которые имеют высокий вес и очень хрупкой", говорит Ван. "Мобильный электроники необходимость легкий вес электроэнергии хранения".

Исследователи, которые включают Ван, Yingying Лу, докторов собратьев, и Джейсон Клод, Junjun Ли, аспирантов в материалах, науки и техники, разработанной полимера поли (vinylidene фтора) и trifluoroethylene, которые, с добавлением chlorotrifluoroethylene был очень высоким диэлектрической проницаемость при комнатной температуре. Диэлектрической является мерой того, насколько заряда хранится в материал для учетом электрического поля и является показателем, насколько эффективны материалы будут при хранении энергии в конденсатор. Они обнаружили, что в результате изменения количества различных химических компонентов из полимера, они могут настраивать диэлектрических собственности и плотностью энергии.

Гибридные автомобили являются хорошим объектом сегнетоэлектрических полимерных конденсаторов, поскольку они преобразовывать механическую энергию, когда, например накатом вниз, конвертировать его в электричество и заряд батарей для использования в другое время. Обычные батареи, зачастую тяжелые, и, возможно, не смогут поставлять власти суммы, необходимые для быстрого ускорения.

Ван и Ли, доклад о дальнейшей модификации этого сегнетоэлектрических полимерных, добавив nanoparticulate керамики в целях дальнейшего повышения плотности энергии. Из керамики часто имеют более высокие, чем permittivities полимеры, они полагают, что объединение полимеры с высокой прочности разбивка керамики с высокой диэлектрической будет производить композитный материал с большой энергетической емкости. Распределение численности является мерой максимального электрического поля, что изоляционный материал может выдерживать, прежде чем она начнет проводить электричество. Выше, разбивка на растяжение, лучше материал для конденсатора.

К сожалению, смешение нано частицы керамики с полимерами это не простое действие. Керамические частицы, как правило, clump и агрегата. Если две материалы не соответствуют для электрических свойств, их взаимодействие будет разбивка на высоких электрических полей и способность сохранять соединение энергии будет уменьшаться, а не увеличиваться. Ван и его команда доработать диэлектрических частиц в полимерной матрице, добавив функционализированных группам материалов в соответствии с ними. Они также пытались контролировать смешивания, чтобы равномерно рассредоточены частицы распространяются через матрицу.

"Подходящих диэлектрической и равномерно распыляет керамических наночастиц это не просто", говорит Ван. "Обе проблемы должны быть решены и решены в то же время для материальных иметь нужные характеристики".

Диэлектрический полимеры, как Ван создает из них не может быть использовано только в качестве конденсаторов, но и может подменять диэлектрического слоя диоксида кремния в настоящее время используется в компьютерах. Потому что полимеры обрабатываются при комнатной температуре, они легко сфабрикованы, и они являются чрезвычайно гибкими. Их использование открыло бы путь для гибкой электроники приложений, как, например, складные экраны и компьютеры.

Национальный научный фонд и Управление военно-морских исследований, финансируемых данного исследования.