提高脉冲电容器储能密度的新方法的研究

论文题目: 提高脉冲电容器储能密度的新方法的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 高电压与绝缘技术

作者: 戴玲

导师: 李劲,林福昌

关键词: 脉冲电容器,储能密度,多层陶瓷电容器,非平衡态等离子体,表面处理

文献来源: 华中科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 脉冲功率技术的发展需要能源系统小型化、轻量化。储能元件作为能源系统中占据最大比例重量与体积的部件,其储能密度的提高意义重大。在各类储能元件中,现阶段电容器因其较为成熟的技术而得到广泛的应用。根据不同的应用要求,脉冲储能电容器需有中压产品和高压产品。由于高击穿场强的有机膜难以做到3μm 以下,因此不能用于中压等级的高能密电容器。中压产品采用具有高介电常数与低击穿场强的陶瓷介质更为合适,而高压等级则用高击穿场强和低介电常数的金属化薄膜。本文针对提高这两类电容器的储能密度进行了一些创新性探索。本文从理论分析与试验研究两方面对陶瓷电容器进行了研究,结果表明只有采用X7R 类的铁电陶瓷制作的多层陶瓷电容器(MLC)才可满足数百J/L 的储能密度的要求。在改进配方、优化结构与工艺后,研制出的电容器可达到下列指标:电压等级500V-1000V,单片容量1μF-10μF,储能密度数百J/L,反峰70%-80%,重复频率1kHz,寿命107次。对陶瓷电容器的特性研究表明:这类电容器具有长寿命、高反峰的重大优点,但也存在铁电陶瓷的非线性带来的放电波形畸变、放电电流小、发热量大等缺点,需在今后的研究中加以改进。本文还对高储能密度陶瓷电容器的可靠性进行了研究,采用了有损的加速寿命试验和无损的超声波探伤试验两种方法。加速寿命试验以电压为加速因子,检测在各档电压下的寿命,结果表明:放电电压与寿命间满足确定的指数规律。超声波扫描试验结果证明:超声扫描无任何缺陷的样品,必然可以通过额定条件下的寿命试验,而超声波显示有明显缺陷的产品,必然不能通过电气测试,且在电气实验中失效样品的破损部位与扫描照片的缺陷部位相对应。以上研究表明:加速寿命方法适用于MLC 型式试验,而超声波扫描适用于产品合格筛选。这些对高能密陶瓷电容器产品的检验提供了依据。对于高压下常用的金属化膜电容器,提高其储能密度的方式有三种:新型介质材料、新型电极结构和新型加工工艺。前两种方法国内外已开展了较多的研究工作。第三种方法目前的研究还较少,处于起步阶段。本文采用低温非平衡态等离子体对高分子薄膜进行表面处理的新型加工工艺,探索其对膜击穿场强的改进效果和影响因素。

论文目录:

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 脉冲功率技术与储能器件

1.2 电容器储能原理及关键技术

1.3 脉冲电容器发展概况

1.4 论文主要工作与章节安排

2 陶瓷电容器及其电气特性研究

2.1 BaTiO_3 的晶体结构与介电特性

2.2 试验平台

2.3 陶瓷电容器的电气性能

2.4 损坏机理分析

2.5 MLC 的适用范围

2.6 本章小结

3 陶瓷电容器可靠性研究

3.1 加速寿命试验研究

3.2 无损检测研究

3.3 本章小结

4 提高膜电容器储能密度的途径

4.1 新型介质材料

4.2 新型电极结构

4.3 新型材料处理技术

4.4 本章小结

5 等离子体对薄膜表面改性的试验研究

5.1 等离子体处理参数的选择

5.2 实验装置

5.3 实验结果与分析

5.4 本章小结

6 等离子体对薄膜表面改性的机理分析

6.1 对聚合物表面化学成分的影响

6.2 对聚合物表面物理结构和电气性能的影响

6.3 本章小结

7 全文总结

致谢

参考文献

附录1 攻读期间发表论文和著作目录

发布时间: 2006-04-05

参考文献

[1].柔性固态电容器电极的构建与性能研究[D]. 李云明.中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)2018
[2].脉冲功率电容器储能陶瓷介质材料的高压特性研究[D]. 魏猛.电子科技大学2017
[3].石墨烯的制备及在超级电容器中的应用[D]. 吴洪鹏.北京交通大学2012
[4].碳基超级电容器单体性能相关理论与应用技术研究[D]. 孙谊.北京交通大学2013
[5].高储能密度金属化膜电容器应用性能及其影响因素研究[D]. 陈耀红.华中科技大学2013
[6].铌镥酸铅基铁电晶体的生长、结构和性能[D]. 刘颖.福建师范大学2016
[7].锰/钴氧化物超级电容电极材料的制备和性能研究[D]. 程爽.兰州大学2012

提高脉冲电容器储能密度的新方法的研究

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