摘要：采用逐层涂布、分层控制固化程度的方法,利用聚酰胺酸(PAA,聚酰亚胺前体)溶液和含有氧化石墨烯(GO)的PAA溶液制备了一系列由高绝缘性PI层与GO@PI介电层交替组合而成的界面清晰且紧密衔接的多层复合薄膜.通过调控介电层中GO含量及分层结构,使多层复合薄膜兼具高介电常数和高击穿强度特征.结果表明,三层复合薄膜PI/1.0GO@PI/PI的击穿强度为261.5 kV/mm,储能密度达到1.27 J/cm^(3),与相同介电层厚度的单层薄膜相比,击穿强度和储能密度分别提高了97%和144%,同时,其介电损耗也保持在较低水平(tanδ=0.0079).绝缘层和高介电常数层的协同作用提升了氧化石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜的储能密度.这种简单的多层结构设计有利于氧化石墨烯/聚合物复合材料在介质储能领域的应用.

摘要：静电电容器是能够储存电荷的元件,由两端的极板和中间的电介质材料组成,其能够储存的能量密度取决于电介质材料的介电性能。聚合物电介质材料由于超高的击穿强度、易加工且成本低廉已经被广泛应用,但较低的介电常数限制了其能量密度的提升。向传统的单层聚合物薄膜中引入高介电常数的纳米填料能够实现介电常数的提升,但会显著降低聚合物的耐压性能。近几年来,利用共挤出薄膜技术和静电纺丝等方法将聚合物薄膜加工成多层薄膜的工作取得了较大的进展,多层薄膜可以一定程度上解决复合薄膜介电常数和击穿场强的倒置关系的矛盾。基于相场模拟的结果证明了多层薄膜的优异性能,其在维持聚合物本身的高耐压性能的同时,还实现了介电常数的提升,改善了聚合物薄膜的可释放能量密度,相比于商用双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜,多层薄膜的能量密度提升了200%甚至更高。本文总结了近几年通过设计多层结构提高复合电介质能量密度的研究进展,并重点探讨了复合材料中层间界面的结构设计及其对阻碍载流子传输的积极作用。

摘要：为提高飞轮的储能密度,需采用合适的转子材料和合理的转子结构。复合材料与各向同性材料相比具有明显优势。多层转子结构突破了单层转子内外半径比的限制,可明显改善转子内部的应力分布,提高飞轮的储能密度。该文论述了复合材料飞轮储能密度的影响因素,对复合材料转子的应力分布作了定量分析,比较了单层和多层转子的特点,综合考虑飞轮设计的各种因素,提出了飞轮转子结构参数的设计方法。

摘要：电感作为电感储能型脉冲电源的核心元件,其结构及参数直接影响脉冲电源的性能指标。电感设计的关键环节是获得最高的储能密度,Brooks线圈等高品质因数电感虽然具有高储能密度,但是由于在计算电感储能密度时,电感体积的计算方法不同,导致由给定材料绕制的Brooks线圈并不一定具有最高的储能密度。本文电感设计时基于空心平面螺旋型线圈,通过分析给定范围内的线圈参数,计算并寻找具有最高储能密度的电感。通过实验验证了该方法的准确性。最后,比较了该方法的寻优结果与Brooks线圈参数,验证了该方法在寻找高储能密度电感方面的优势。

摘要：采用固体石蜡和液体石蜡复合的方法，制备出常温固．液相变储能石蜡，DSC法测试表明：m（N体石蜡）：m（液体石蜡）=1：2时，复配石蜡固．液相变温度34．2℃，相变潜热34．0kJ·kg^-1，满足常温固-液相变需要。采用微乳化技术，将水稳定分散于常温固．液相变石蜡中，得到具有高储能密度的复合储能介质。通过设计采用膜乳化法制备微囊的装备，用海藻酸钠作为微囊壁材，制备得到粒度分布范围在6-26μm的球形储能微囊。储能密度测试结果表明：将水引入石蜡中后，微囊储能密度显著提高，W1／O初乳中含水10％（wt）制备的微囊较未含水微囊储能密度提高了近15倍。为相变材料的高储能密度化和微囊化，提供了新的途径和制备方法。

摘要：吸收式储热是一种储能密度高且储热周期长的储热技术,是存储太阳热能并解决太阳热能在不同季节间供需不匹配问题的关键。传统的吸收式系统通过限制溶液的浓度来避免结晶的出现,从而避免对机组的可靠性和安全性构成威胁,但也导致系统储能密度有限。设计并测试了一台闭式三相吸收式储热系统。该系统通过滤筒的过滤和高位进液、加热棒的熔晶以及对溶液循环回路的冲洗等设计,使得溶液出现结晶后机组能够正常运行,增大机组可运行的浓度范围,提升吸收式储热系统的储能密度。样机经过测试,其在供热时的储能密度可达220 kW·h/m^(3),相对于传统的两相吸收式储热系统其储能密度提升114%,表明利用结晶的三相吸收式储热技术有望实现高密度太阳能跨季节储热。

摘要：随着器件小型化与多功能化的蓬勃发展,柔性储能装置在电子电力系统中的地位日益突出,电介质电容器由于寿命长、功率密度高,深受人们青睐,但是低的储能密度阻碍其广泛应用。有机-无机复合材料将有机介质的柔韧性和高击穿场强与无机介质的高介电常数相结合,是柔性储能材料的一大关注焦点,特别是基于聚偏氟乙烯(PVDF)的有机-无机复合储能介质受到广泛关注。首先,就无机填料类型而言,PVDF基有机-无机复合介质中无机填料的种类有陶瓷粉体、半导体粉体与导体粉体。陶瓷粉体填料的介电常数高、损耗小,但是与PVDF的相容性差,一般需要通过表面改性来改善其与有机介质的相容性;半导体粉体与导体粉体作为PVDF的填料可以显著提升复合材料的介电常数,从而提升其储能密度,但是填料添加量略大容易形成导电通路致使介电储能材料制备失败。其次,就无机填料的形貌而言,同一种材料不同的形貌对复合材料的储能性能有不同影响。零维纳米颗粒在有机基质中易于形成均匀分散的体系,一般随纳米颗粒添加量的增加复合材料的储能密度有一极值,且填料颗粒尺寸减小更有利于电场均匀分布,从而可以进一步提高复合材料的击穿场强和储能密度;采用一维纳米纤维和二维纳米片填料有利于增强复合材料的极化、改变电场的击穿路径,从而增强复合材料的击穿强度,提高其储能密度。最后,采用层状结构设计对提高复合材料的储能密度和储能效率十分有效。单层结构的复合材料以牺牲其击穿强度来提高介电常数,储能密度的提升有限;双层、三层和多层结构将高介电常数的极化层和高击穿强度的绝缘层相堆叠,可同时实现高介电常数与高击穿强度,有效促进复合材料储能密度的提升。有机-无机复合储能材料的研究对解决柔性设备的储能问题十分重要,未来需要寻找更优的复合体系,降低成本,提高工艺可控性,开发适合大规模生产的工艺流程。

摘要：高储能密度电介质材料是电容器储能器件的核心,对高能武器和智能电网等先进装备领域有着非常重要的影响,近年来受到了广泛关注.相较于金属氧化物和陶瓷类介电材料,聚合物基介电材料具有密度低、易成型、损耗低、击穿强度高等优点.本文结合该领域发展现状,对聚合物基介电复合材料的设计、制备及相关性能研究进行了综述,并对其未来发展进行了展望.

摘要：在介绍周向缠绕式和多层圆环结构两种不同碳纤维复合飞轮转子的结构特点后,给出这类飞轮的数学优化模型及应用有限元求解的优化设计方法。两种结构飞轮的优化实例和与钢制飞轮的对比表明,具有多层圆环结构的碳纤维复合飞轮各层间采用了不同的纤维铺设角并通过层间过盈量平抑应力峰值,因而具有最强的储能能力,储能密度达到1820.6 kJ/kg,用它替代传统的金属飞轮具有很大优越性。

摘要：现代飞轮或飞轮电池是在传统飞轮基础上发展起来的新兴技术,得益于支承、电机及电力电子技术的飞速发展,该技术可以实现更高转速、更大功率,具有许多独特优势。高转速甚至超高转速飞轮对选用材料的强度有更高要求。相比于纤维增强型复合材料,金属材料的极限强度虽然略低,但其质量密度大,各向同性好,制造质量容易保证,具有更长的使用寿命,仍然具有重要的使用价值及现实意义。以获得更高的储能密度为前提,飞轮转子的结构有多种选择形式,本文在以材料极限强度为约束条件下,将影响飞轮储能密度的两个关键参量(转速和单位质量转动惯量)综合转化为轮体结构形状的优化设计,得到了影响储能飞轮性能指标的各个主要因素的量化关系,并给出不同金属材料的结构形状与对应储能密度的计算方法与结果。