隨著脈沖功率技術(shù)向高重復(fù)頻率脈沖功率、小型化和高可靠方向發(fā)展,脈沖電容器作為脈沖功率技術(shù)中的核心儲(chǔ)能元件則需要具備更高的儲(chǔ)能密度和功率密度。介質(zhì)材料作為脈沖電容器的核心部件,它直接決定了脈沖電容器的性能。陶瓷介質(zhì)材料由于其超高的功率密度、快速充放電能力、較寬的溫度和頻率使用范圍以及高循環(huán)壽命等特點(diǎn)被認(rèn)為是最佳的儲(chǔ)能介質(zhì)材料。但目前陶瓷介質(zhì)材料所展現(xiàn)出來的儲(chǔ)能密度仍相對較低。因此,開發(fā)具有更高儲(chǔ)能密度和能量效率的儲(chǔ)能陶瓷材料是實(shí)現(xiàn)脈沖功率系統(tǒng)小型化和集成化的當(dāng)務(wù)之急。BaTiO3基陶瓷由于其較高的介電常數(shù)和極化強(qiáng)度被廣泛研究其在儲(chǔ)能方面的潛力。本文選用BaTiO3作為研究對象,通過成分改性致力于開發(fā)一種具有高儲(chǔ)能密度和能量效率的儲(chǔ)能陶瓷材料。具體研究內(nèi)容如下:1.在所研究的組成范圍（0.04～0.20）內(nèi),Bi（Zn1/2Zr1/2）O3可與BaTiO3完全固溶,形成了單一的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。對XRD進(jìn)行精修和Raman光譜分析表明,Bi（Zn1/2Zr1/2）O3的摻入使BaTiO3從四方相轉(zhuǎn)變?yōu)橼I立方相,Bi3+和（Zn0.5Zr0.5）3+分別進(jìn)入BaTiO3基體中的A,B位。介電溫譜測... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

脈沖功率系統(tǒng)主要組成部分

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文4圖1-2脈沖功率技術(shù)的主要應(yīng)用(來源：http://www.speg.hk/Technological/26.html)1.2能量儲(chǔ)存方式的分類和特點(diǎn)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)是脈沖功率系統(tǒng)中的重要組成部分。如何經(jīng)濟(jì)、安全、高效地儲(chǔ)存能量是脈沖功率技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。根據(jù)儲(chǔ)能原理，能量儲(chǔ)存可主要分為電感儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能、化學(xué)能儲(chǔ)能和電容儲(chǔ)能。電感儲(chǔ)能也稱為磁場儲(chǔ)能，是將能量儲(chǔ)存在線圈的磁場中，其儲(chǔ)能密度取決于材料的磁導(dǎo)率和最大磁通密度，如公式(1-1)[15]：202rBW=(1-1)其中W為儲(chǔ)能密度，B為磁通密度，μ0為真空磁導(dǎo)率，μr為相對磁導(dǎo)率。相比于電容儲(chǔ)能，電感儲(chǔ)能擁有更高的儲(chǔ)能密度。但是電感儲(chǔ)能受斷路開關(guān)技術(shù)較大的限制，其向負(fù)載轉(zhuǎn)換能量時(shí)開斷電路形成的高壓強(qiáng)電流（104~106A），從而需要大容量的斷路開關(guān)。與此同時(shí)，電感儲(chǔ)能對負(fù)載的能量效率較低（不超過25%），

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文6實(shí)際充放電時(shí)間受外部因素的影響，比如負(fù)載電阻。相比于電池和燃料電池，介質(zhì)電容器具有更高的充放電速率和更高的功率密度。這是因?yàn)殡娙萜魍ㄟ^束縛充電元件的位移來儲(chǔ)存能量，而電池和燃料電池通過化學(xué)反應(yīng)來儲(chǔ)存能量。然而，介質(zhì)電容器的能量密度相對較低。高能量密度介質(zhì)將顯著的減小裝置體積（提高體積效率），從而使許多需要小型化、輕重量、低成本和易于集成的應(yīng)用程序受益。此外，如果能提高介質(zhì)電容器的能量密度，使其與電化學(xué)電容器甚至電池的能量密度相當(dāng)，那么介質(zhì)電容器的應(yīng)用范圍將進(jìn)一步拓寬。因此，提升介質(zhì)電容器的儲(chǔ)能密度是目前的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。圖1-3不同儲(chǔ)能裝置的Ragone圖[17]早期的介質(zhì)電容器是基于如浸蠟紙和云母等介質(zhì)。目前，用于大功率應(yīng)用的商用固態(tài)電容器以聚合物和介電陶瓷為主，但其能量密度通常小于2J/cm3。一般來說，陶瓷具有高介電常數(shù)但低擊穿場強(qiáng)(BDS)，聚合物具有高擊穿場強(qiáng)但介電常數(shù)低。由于聚合物具有較低的介電常數(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中，聚合物通常被制備成微米或亞微米厚度的薄膜，并疊加成多層結(jié)構(gòu)，以獲得較高的電容。但是，聚合物自身的熔點(diǎn)較低，其應(yīng)用溫度一般不超過100°C。再者，在非常高的電場作用下，聚合物基薄膜電容器的漏電流會(huì)由于其充滿陷阱的空間電荷，肖特基或弗蘭克爾缺陷而迅速增大。因此，聚合物基薄膜電容器在高電場作用下無法保持較高的能量效率。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]高溫穩(wěn)定型MLCC用介質(zhì)陶瓷材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能研究[D]. 姚國峰.清華大學(xué) 2012
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[3]亞微米BaTiO3 X7R MLC細(xì)晶陶瓷介質(zhì)材料的介電性能研究[D]. 李玲霞.天津大學(xué) 2003



本文編號(hào)：3570191