材料科学前沿-先进介电储能材料(陈国华)ppt课件
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储能技术 储能材料 新能源材料 锂电池储能PPT课件
很明显，近20年来 ，CO2的浓度上升迅速 非常迅速，2010年将接 近550ppm。
而且，主要分布在 美国和中国所在的北半 球高纬度60-80度处。
表3 全球各国CO2排放量比较排行
在北京、上海等大城市，空气污染的 60%来自汽车排放
二氧化碳的全球排放量中，中国居第 二
1.2 新能源
新能源 广义上来说，有 别于传统依靠矿 物质原料燃烧的 能源都称之为新
飞轮储能的主要优点有：
• 1)储能密度高：比超导磁储能、超级电容器储能 和一般的蓄电池都要高。以目前的最好的碳素纤 维复合材料来说，这种材料的飞轮转子可以承受 的最大线速度达到 1000m/s 以上，储能密度可达 到 230Wh/kg。
• 2)充放电时间短，且无过充放电问题：飞轮储能 充电只需要几分钟，而不像化学电池需要几个小 时的充电时间。
铅蓄电池内的阳极 (PbO2) 及阴极 (Pb) 浸到电解液 ( 稀硫酸 ) 中，两极 间会产生 2V 的电力。
放电状态，阴阳极及电解液即会发生如下的变化：
( 阳极 ) ( 电解液 ) ( 阴极 ) PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ( 放电反应 ) ( 过氧化铅 ) ( 硫酸 ) ( 海绵状铅 )
• 能量是物质运动的量 化转换，简称“能” 。
能量的存在形式：
• 机械能（风能、潮汐能） • 内能（地热等） • 电能 • 化学能 • 原子能 • 电磁能
• 宏观物体的机械运动——机械能 • （动能、位能和压力能）； • 分子运动——热能； • 原子运动——化学能； • 带电粒子的定向运动——电能； • 光子运动——光能
2.2.1 机械储能
而且，主要分布在 美国和中国所在的北半 球高纬度60-80度处。
表3 全球各国CO2排放量比较排行
在北京、上海等大城市，空气污染的 60%来自汽车排放
二氧化碳的全球排放量中，中国居第 二
1.2 新能源
新能源 广义上来说，有 别于传统依靠矿 物质原料燃烧的 能源都称之为新
飞轮储能的主要优点有：
• 1)储能密度高：比超导磁储能、超级电容器储能 和一般的蓄电池都要高。以目前的最好的碳素纤 维复合材料来说，这种材料的飞轮转子可以承受 的最大线速度达到 1000m/s 以上，储能密度可达 到 230Wh/kg。
• 2)充放电时间短，且无过充放电问题：飞轮储能 充电只需要几分钟，而不像化学电池需要几个小 时的充电时间。
铅蓄电池内的阳极 (PbO2) 及阴极 (Pb) 浸到电解液 ( 稀硫酸 ) 中，两极 间会产生 2V 的电力。
放电状态，阴阳极及电解液即会发生如下的变化：
( 阳极 ) ( 电解液 ) ( 阴极 ) PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ( 放电反应 ) ( 过氧化铅 ) ( 硫酸 ) ( 海绵状铅 )
• 能量是物质运动的量 化转换，简称“能” 。
能量的存在形式：
• 机械能（风能、潮汐能） • 内能（地热等） • 电能 • 化学能 • 原子能 • 电磁能
• 宏观物体的机械运动——机械能 • （动能、位能和压力能）； • 分子运动——热能； • 原子运动——化学能； • 带电粒子的定向运动——电能； • 光子运动——光能
2.2.1 机械储能
介电功能材料PPT
相对介电常数和介电损耗是电子陶瓷材料中的 一个重要参数,不同用途的陶瓷,对它们有不同的要 求.
第四章 介电陶瓷
三、介电陶瓷电容器 陶瓷电容器以其体积小、容量大、构造简洁、优良的高
频特性、品种繁多、价格低廉，便于批量生产而广泛应用于 家用电器、通信设备、工业仪器等领域，是目前飞速进展的 电子技术的根底之一。
PMN-PT
〔～700℃〕
❖ 1/6P3N2 + 1/3MgO + 1/2PbO + PT
PMN-PT
❖
(～800℃)
❖
❖
用MSS法制备PMN-PT陶瓷时，主要形成了一个富
Pb的、缺B位、不稳定的焦绿石相P3N，Mg2+很简洁占据
Nb5+的空位形成立方焦绿石相Pb2Nb4/3Mg2/3O6，而
❖ Pb〔Mg1/3Nb2/3〕O3是立方钙钛矿构造，因此，很简 洁发生转变。
第四章 介电陶瓷
〔2〕微波介电陶瓷 微波介电陶瓷主要用于制作微波电路元件，在微
波滤波器中用作介质谐振器。评价微波介电陶瓷材 料的主要参数是介电常数、品质因素和谐振频率温 度系数。
要求具有以下性能：适当大小的介电常数，且值 稳定；介电损耗小；有适当的介电常数温度系数； 热膨胀系数小。
其争论体系有：MgO-CaO-TiO2
第四章 介电陶瓷
虽然PMN具有高的介电 常数，tgδ也较小，成瓷温 度在1050~1100℃，可用来 制作低温烧结独石电容器。 但缺点是居里温度和负温损 耗较大。为此，通常使用 PbTiO3做为移峰剂。
第四章 介电陶瓷
Dielectric constant
10000 8000 6000
100Hz 1kHz 10kHz 100Hz 1kHz 10kHz
第四章 介电陶瓷
三、介电陶瓷电容器 陶瓷电容器以其体积小、容量大、构造简洁、优良的高
频特性、品种繁多、价格低廉，便于批量生产而广泛应用于 家用电器、通信设备、工业仪器等领域，是目前飞速进展的 电子技术的根底之一。
PMN-PT
〔～700℃〕
❖ 1/6P3N2 + 1/3MgO + 1/2PbO + PT
PMN-PT
❖
(～800℃)
❖
❖
用MSS法制备PMN-PT陶瓷时，主要形成了一个富
Pb的、缺B位、不稳定的焦绿石相P3N，Mg2+很简洁占据
Nb5+的空位形成立方焦绿石相Pb2Nb4/3Mg2/3O6，而
❖ Pb〔Mg1/3Nb2/3〕O3是立方钙钛矿构造，因此，很简 洁发生转变。
第四章 介电陶瓷
〔2〕微波介电陶瓷 微波介电陶瓷主要用于制作微波电路元件，在微
波滤波器中用作介质谐振器。评价微波介电陶瓷材 料的主要参数是介电常数、品质因素和谐振频率温 度系数。
要求具有以下性能：适当大小的介电常数，且值 稳定；介电损耗小；有适当的介电常数温度系数； 热膨胀系数小。
其争论体系有：MgO-CaO-TiO2
第四章 介电陶瓷
虽然PMN具有高的介电 常数，tgδ也较小，成瓷温 度在1050~1100℃，可用来 制作低温烧结独石电容器。 但缺点是居里温度和负温损 耗较大。为此，通常使用 PbTiO3做为移峰剂。
第四章 介电陶瓷
Dielectric constant
10000 8000 6000
100Hz 1kHz 10kHz 100Hz 1kHz 10kHz
先进介电储能材料
通过陈国华老师的讲座使我知道了铁电材料的特殊电学性能意味着它广阔的应用前景，其电子元件有着集成度高、能耗小、响应速度快等众多优点。
储能用铁电介质材料是铁电材料中重要的一类，可以用作脉冲功率技术设备主体部分的高功率脉冲电源，为脉冲功率装置的负载提供电磁能量。
脉冲功率技术的能量储存方式，主要有机械能储能、电容器储能、电化学储能三种。
相对于其它储能器件，电容器储能因为具有储能密度高、能量释放速度快、可靠性高、安全性高、价格低廉以及较易实现轻量化和小型化等优点，因此成为现在高功率脉冲电源中应用最广的储能器件之一。
目前正在研发的储能用铁电介质材料主要有以下几种：基陶瓷。
以BaTiO3陶瓷为代表的铁电体具有较高的介电常数，是制造铁电陶瓷电容器的基础材料，也是目前国内外应用最广泛的电子陶瓷材料之一。
在介电层厚度确定的情况下，材料的介电常数越高，电容器的比电容越大，越易于实现器件的小型化。
基陶瓷。
SrTiO3基陶瓷具有高介电常数，低介电损耗和稳定的温度、频率和电压特性，是用于制备大容量陶瓷晶界层电容器的理想材料，具有吸收高达1000～3000 A/cm2这样的电涌的能力，所以该材料兼有大容量电容器和压敏电阻器的功能。
在SrTiO3-m ( Bi2O3·nTiO2)系陶瓷基础上加入BaTiO3等烧制而成的新型材料，具有介电常数大，介质损耗小，击穿场强高的特点。
陶瓷。
TiO2陶瓷具有高达350 kV/cm的耐击穿强度和较高介电常数(～110)，从而具有可观的储能密度，并支持几百次的充放电。
问题：1.先进的储能材料有哪些2.电容器储能与电池储能的优缺点各是什么3.反铁电材料的储能原理是什么1/ 1。
《介电材料》课件
介电损耗
介电损耗
指电介质在电场作用下，由于能量损 耗而引起的电阻性损耗，表现为介质 发热和能量耗散。
介质损耗因数
衡量介电材料在电场作用下的能量损 耗程度，是介电损耗的重要参数。
电场强度与介电强度
电场强度
表示电场对介电材料的电场作用力，是影响介电材料性能的 重要因素。
介电强度
表示介电材料能够承受的最高电场强度，是衡量介电材料耐 压性能的重要指标。
安全可靠。
电容器
02
介电材料作为电容器的重要介质，用于储存和释放电能，调节
电路中的电压和电流。
变压器
03
介电材料用于制造变压器的绝缘层，提高变压器的电气性能和
稳定性。
在电子工业中的应用
集成电路
介电材料作为集成电路的 衬底材料，提供电子元件 相互连接的电路。
电子封装
介电材料用于封装电子元 件，保护电子元件免受环 境影响和机械损伤。
铁电材料
探索铁电材料的介电性能和相关应用，如铁电器件和存储器等。
介电材料在其他领域的应用
电子信息领域
介电材料在电子信息领域具有广泛的应用，如电子元件、集成电路 、微电子器件等。
生物医学领域
探索介电材料在生物医学领域的应用，如生物传感器、医疗设备、 组织工程等。
环境监测领域
利用介电材料的敏感特性，开发环境监测传感器和仪器，用于检测气 体、水质等环境参数。
智能化与多功能化
随着智能化时代的到来，介电材料将向智能化、多功能化方向发展， 如具有传感、驱动、信息处理等多功能的介电材料。
绿色环保
在可持续发展理念的指导下，介电材料的生产和使用将更加注重环保 和节能，推动绿色低碳发展。
谢谢
THANKS
介电功能材料课件
PART 06
参考文献
参考文献
APA格式
主要用于社会科学和人文科学领 域的论文引用，要求文献引用包 括作者姓名、文章标题、期刊名、 出版年份、卷号、页码等。
MLA格式
主要用于文学领域的论文引用， 要求文献引用包括作者姓名、作 品名称、出版年份等。
Chicago格式
主要用于历史学和新闻学领域的 论文引用，要求文献引用包括作 者姓名、作品名称、出版年份、 出版社等。
PART 04
介电功能材料的应用
在电子器件中的应用
01
02
03
绝缘材料
介电功能材料可作为绝缘 材料，用于制造电子设备 的绝缘层和保护层，保障 电路的安全运行。
电容器
介电功能材料是制造电容 器的关键材料，用于储存 电荷和提供稳定的电压。
介质基板
介电功能材料可作为介质 基板，用于微电子封装和 集成电路的制造。
液相法
液相法是一种制备介电功能材料的方法，其基本原理是将两种或多种液体原料混合在一起，通过化学 反应使它们聚合成所需的介电功能材料。
液相法的优点在于制备过程简单、反应条件温和、可制备出高纯度、高均匀性的介电功能材料，且可通 过控制原料的配比和反应条件等参数来控制材料的成分和结构。
液相法的缺点在于制备周期较长，需要经过多次热处理才能得到所需的材料，且在制备过程中容易引入 杂质和缺陷，影响材料的性能。
02
化学共沉淀法的优点在于制备过程简单、反应条件温和、可制备出高纯度、高 均匀性的介电功能材料，且可通过控制沉淀剂的浓度和加入速度等参数来控制 材料的成分和结构。
03
化学共沉淀法的缺点在于制备周期较长，需要经过多次热处理才能得到所需的 材料，且在制备过程中容易引入杂质和缺陷，影响材料的性能。
《介电材料》PPT课件
编辑ppt
30
§ 1-2 典型低介装置瓷
3、降低烧结温度、改进工艺性能的措施 加入变价金属氧化物MnO2、TiO2 加入助熔剂，固液烧结 利用超细粉体，提高粉体烧结活性 采用还原气氛烧结或热压烧结
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31
§ 1-2 典型低介装置瓷
§ 1-2-3 高热导率陶瓷基片
1、基片应具有的机电性能 2、电介质导热机制 3、高热导率晶体的结构特征 4、高导热陶瓷材料特征比较 5、多芯片组装-多层基片
原顽辉石是滑石瓷的主晶相，有少量斜顽辉石
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11
3、滑石瓷存在的问题及解决方案 (1) 老化 (2) 开裂 (3) 烧结温区过窄
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12
(1) 老化（粉化）: 老化原因：
原顽 斜 辉 顽 石 密 辉 体 度 石 积 内 应力
微 裂 纹 老、 化白 斑
防老化措施： a. 用粘度大的玻璃相包裹晶粒，防止相变 b. 抑制晶粒生长 c. 去除游离石英
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3
• （1）高的体积电阻率（室温下大于1012Ωm）和高介电强 度（>104kVm－1），以减少漏导损耗和承受较高的电压。
• （2）高频电场下的介电损耗要小（tanδ一般在2×10－4～ 9×10－3范围内）。介电损耗大，会造成材料发热，使整机 温度升高，影响工作。另外，还可能造成一系列附加的衰减 现象。
8
滑石瓷
§ 1-2-1 滑石瓷 1、滑石的结构
共价键\离子键 复合层
滑石瓷分子式：
3MgO·4SiO2·H2O 滑石矿为层状结构的镁硅酸盐， 属单斜晶系，[SiO4]四面体联结 成连续的六方平面网，活性氧离 子朝向一边，每两个六方网状层 的活性氧离子彼此相对，通过一 层水镁氧层联结成复合层。
材料的介电性课件
频率对介电损耗的影响
总结词
随着频率的增加，介电损耗通常会增 加。
详细描述
介电损耗是指电场能量转换为热能并 耗散在材料中的过程。在高频电场下 ，由于电子和离子的运动速度限制， 能量转换更为频繁，导致介电损耗增 加。
频率对介电强度的影晌
要点一
总结词
介电强度与频率的关系较为复杂，但通常在高频下介电强 度会有所降低。
材料的介电性课件
• 介电性基本概念 • 介电性与物质结构 • 介电性与温度 • 介电性与频率 • 介电性与应用
01
介电性基本概念
介电常数
总结词
介电常数是衡量材料介电性能的重要参数，它表示了电场中材料对电能的保持 能力。
详细描述
介电常数的大小取决于材料的种类、温度、湿度和频率等条件。在相同的条件 下，介电常数越大，表示材料对电场的屏蔽作用越强，电能被保持得越紧密。
详细描述
介电性是指材料在电场作用下，内部电荷的分布和运动行为。分子极性是指分子内部正负电荷分布不均匀，导致 分子具有电偶极矩。极性分子在电场中会发生取向极化，即分子正负电荷中心发生相对位移，与电场方向一致。 这种取向极化会导致材料表现出较高的介电常数。
晶体结构与介电性
总结词
晶体结构的紧密程度和对称性对介电性产生影响，晶体中的离子或分子的相对位置和排列方式决定了 介电常数的大小。
详细描述
离子化合物是由正负离子通过离子键结合形成的化合物。在离子化合物中，正负离子的 相互作用较强，容易发生取向极化。当电场施加时，离子间的相互作用会导致正负离子 发生相对位移，与电场方向一致，从而表现出较高的介电常数。此外，离子化合物的介
电常数还与其离子半径、晶体结构和温度等因素有关。
03
前沿材料科学PPT课件
了解超导科学的产生发展和应用清华大学90周年校庆博士后学术报第四章半固态加工科学介绍半固态加工科学的基本情况包括半固态加工的基本概念特点加工技术等内容了解半固态加工的产生发展与其它科学的交叉和应用清华大学90周年校庆博士后学术报第五章超声加工科学介绍超声加工科学的基本情况包括超声加工的基本概念特点加工技术等内容了解超声加工的产生发展与其它科学的交叉和应用清华大学90周年校庆博士后学术报第六章激光加工科学介绍激光加工科学的基本情况包括激光加工的基本概念特点加工技术等内容了解激光加工的产生发展和应用清华大学90周年校庆博士后学术报主要教学参考书
第25页/共200页
光：
70年，美康宁公司，非氧化物玻璃光导纤维，成分为氟化物-氟化锆、氟化 钡、氟化钠多元氟化锆酸盐，光损耗极低0.16分贝/千米，3.6%
热：
固体气凝胶，由96%的空气和4%的二氧化硅、二氧化铝与碳制成，密度 最小的固体材料，隔热
按基体分：金属基复合材料 陶瓷基复合材料 聚合物基复合材料
第11页/共200页
1 复合材料科学及其交叉
二十世纪六十年代以来，对工业材料提出了越来越苛刻的要求， 传统材料力不从心，复合材料应运而生
第12页/共200页
1.1 复合材料科学与声学科学的交叉 科技难题：军事装备的隐身问题
二十世纪九十年代，美国和前苏联等的科学家进行声学研究与复合材料研究交叉
利用陶瓷铁氧体、碳黑、塑料、磷酸盐等材料复合成高损耗吸波复合材料 特点：可吸收不同频率的声波和电磁波 导致了隐形飞机和隐形舰艇等高科技产品的问世 美国隐形轰炸机，纵横驰骋，无所顾忌
前沿材料科学
学时数：32 学分数：2.0
第1页/共200页
一、课程的目的： 了解复合材料科学、纳米科学、超导科学、半固态加工科学、超声加工科 学、激光加工科学等先进材料科学的基本原理、基础理论、技术方法、主 要特点与应用等内容
第25页/共200页
光：
70年，美康宁公司，非氧化物玻璃光导纤维，成分为氟化物-氟化锆、氟化 钡、氟化钠多元氟化锆酸盐，光损耗极低0.16分贝/千米，3.6%
热：
固体气凝胶，由96%的空气和4%的二氧化硅、二氧化铝与碳制成，密度 最小的固体材料，隔热
按基体分：金属基复合材料 陶瓷基复合材料 聚合物基复合材料
第11页/共200页
1 复合材料科学及其交叉
二十世纪六十年代以来，对工业材料提出了越来越苛刻的要求， 传统材料力不从心，复合材料应运而生
第12页/共200页
1.1 复合材料科学与声学科学的交叉 科技难题：军事装备的隐身问题
二十世纪九十年代，美国和前苏联等的科学家进行声学研究与复合材料研究交叉
利用陶瓷铁氧体、碳黑、塑料、磷酸盐等材料复合成高损耗吸波复合材料 特点：可吸收不同频率的声波和电磁波 导致了隐形飞机和隐形舰艇等高科技产品的问世 美国隐形轰炸机，纵横驰骋，无所顾忌
前沿材料科学
学时数：32 学分数：2.0
第1页/共200页
一、课程的目的： 了解复合材料科学、纳米科学、超导科学、半固态加工科学、超声加工科 学、激光加工科学等先进材料科学的基本原理、基础理论、技术方法、主 要特点与应用等内容
第三章-材料的介电性能PPT课件
不可逆；反应时间为 10-2－10-5S；随温度变化有极大值。
Ta
q2 2
12 k T
Ta极化率 ；q为离子荷电量； δ为弱离子电场作用下的迁移；
.
10
5) 取向极化：沿外场方向的偶极子数大于和外场反向的偶极子数，因此电介质 整体出现宏观偶极矩。这种极化与永久偶极子的排列取向有关，又称分子极 化（或偶极子极化）。
.
12
3.1 电介质及其极化
6) 空间电荷极化： 可动的载流子受到电场作用移动，受到阻碍 而排列于一个物理阻碍前面时产生的极化 。 物理阻碍：晶界，相界，自由表面，缺陷 。
➢ 反应时间很长，几秒到数十分钟； ➢ 随温度升高而减弱； ➢ 存在于结构不均匀的陶瓷电介质中；
.
13
小结：
（1）总的极化强度是上述各种机制作用的总和。 （2）材料的组织结构影响极化机制。
＋ ——
.
—
——
—
11
应用： 驻电体：能长时间保持极化结构的聚合物为驻极体。
实际中需要一种驻电体。试从(C2H4)n, (C2H2F2)n, (C2F4)n中选用。 由于(C2H4)和 (C2F4）团均是对称的，C2H2F2是非对称结构，另外C-F键具
有键极性，(C2H2F2)n易发生取向极化，是普通的工业驻电体之一。
A
则总电流应为这两部分的矢量和
Ic iC G U ( U iC G )U
而： GA/d C0rA/d
所以有： Ic (i
0rA /d A /d )U (i
0r)d A U
令： *i0r 为复电导率
则电流密度为：
J *E
.
20
3.2.1 复介电常数与介质损耗 真实的电介质平板电容器的总电流由： （1） 理想电容充电所造成的电流Ic （2） 电容器真实电介质极化建立的电流Iac （3） 电容器真实电介质漏电流Idc 总电流超前电压（90-δ），其中δ为损耗角
Ta
q2 2
12 k T
Ta极化率 ；q为离子荷电量； δ为弱离子电场作用下的迁移；
.
10
5) 取向极化：沿外场方向的偶极子数大于和外场反向的偶极子数，因此电介质 整体出现宏观偶极矩。这种极化与永久偶极子的排列取向有关，又称分子极 化（或偶极子极化）。
.
12
3.1 电介质及其极化
6) 空间电荷极化： 可动的载流子受到电场作用移动，受到阻碍 而排列于一个物理阻碍前面时产生的极化 。 物理阻碍：晶界，相界，自由表面，缺陷 。
➢ 反应时间很长，几秒到数十分钟； ➢ 随温度升高而减弱； ➢ 存在于结构不均匀的陶瓷电介质中；
.
13
小结：
（1）总的极化强度是上述各种机制作用的总和。 （2）材料的组织结构影响极化机制。
＋ ——
.
—
——
—
11
应用： 驻电体：能长时间保持极化结构的聚合物为驻极体。
实际中需要一种驻电体。试从(C2H4)n, (C2H2F2)n, (C2F4)n中选用。 由于(C2H4)和 (C2F4）团均是对称的，C2H2F2是非对称结构，另外C-F键具
有键极性，(C2H2F2)n易发生取向极化，是普通的工业驻电体之一。
A
则总电流应为这两部分的矢量和
Ic iC G U ( U iC G )U
而： GA/d C0rA/d
所以有： Ic (i
0rA /d A /d )U (i
0r)d A U
令： *i0r 为复电导率
则电流密度为：
J *E
.
20
3.2.1 复介电常数与介质损耗 真实的电介质平板电容器的总电流由： （1） 理想电容充电所造成的电流Ic （2） 电容器真实电介质极化建立的电流Iac （3） 电容器真实电介质漏电流Idc 总电流超前电压（90-δ），其中δ为损耗角
材料物理材料的介电性能 ppt课件
A、电容材料
I、存储电能
传统 电容 器
VS
电 池
超级电 容器
高能量密度 高功率密度 长循环寿命
超级电容器
• 超级电容器 (Supercapacitors),它兼有静电电容器和电池 特性,能提供比静电电容器更高的能量密度,比电池更高的功 率密度和更长的循环寿命。
A、电容材料
I、存储电能
A、电容材料
材料物理材料的介电性能
1
材料的介电性能
精品资料
你怎么称呼老师？
如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是 否会认为老师的教学方法需要改进？
你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ 教师的教鞭
“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨， 没有学问无颜见爹娘 ……”
“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
1、介电材料在电场中的极化
E0
介电材料（dielectric material） 从英文词意，di-有二的意思，可以理解为在 外加条件下，具有两个电荷中心的材料。当 然，除了外加电场外，温度场、应力场都会 导致电荷中心一分为二-----极化。
2、介电材料在其它环境中的极化 应变场中的极化------压电效应
种类 优点
贵 金 属 氧 化 物 （ RhO 、 IrO ） ； 贱 金 属 氧 化 物
（Co3O4、NiO/NiOH、MnO2、V2O5等）
高的比电容（是碳材料的10 ~ 100倍）；稳定性
好
缺点
结构致密，导电性能差；电势窗口太窄
通过不同的制备方法（如PLD）得到纳米化的结
研 究 热 构，如已制备了纳米棒、纳米片纳米环、分级
导体： ρ＜10-3Ωcm 例如：ρCu~10-6Ωcm 半导体：10-2Ωcm＜ρ＜109Ωcm
储能技术基础PPT课件
自给天数
对电源要求严格（7~14）
对电源要求不严格（3~5）
2021
7
蓄电池容量的计算
自给天数×日均负载 所需容量=
最大放电深度 深循环型：80% 浅循环型：50%
2021
8
负载标称电压 串联蓄电池所需数量=
蓄电池标称电压
并联蓄电池数量=
所需总容量 单个蓄电池容量
2021
9
修正：
铅酸电池的容量不是一成不变的，与两个重要因素有 关：蓄电池的放电率和环境温度。 ①放电率对蓄电池容量的影响
2016.9.12
2021
1
一、储能电池 二、储能系统 三、储能行业发展
2021
2
储能电池的分类及特点
电池储能
铅酸电池
锂离子电池
钠硫电池 液流电池
AGM电池 胶体电池
阀控密封免维护 寿命长，功率和能量大
铅炭电池
功率密度大，寿命长，充电快
磷酸铁锂电池
安全性高，一致性差
三元电池
能量密度大，一致性好 能量密度高，需要高温环境 寿命长，需要进口
铅炭电池、一体化微网储能电站、铅酸蓄电池、储能电站 解决方案 阳光电源：
储能逆变器、锂离子电池、能量管理系统、储能配件
2021
16
圣阳电源： 铅酸蓄电池、锂离子电池、铅炭电池、集装箱式模块
化储能系统、储能系统集成 山亿新能源：
储能逆变器 比亚迪新能源
光伏逆变器、储能系统（发电侧、输电侧、配电侧）、 智能微网解决方案、储能机柜、换流器
3、恒压限流充电
限制恒压充电初期的大电流，保护蓄电池及设备。（应用最多）
4、浮充充电
补偿蓄电池自放电的损失电量。
储能材料基本特性课件
环境友好性与安全性
总结词
详细描述
05
储能材料的未来发展与 挑战
CHAPTER
新材料开发与性能优化
总结词
详细描述
成本降低与规模化生产
总结词
规模化生产和成本降低是储能材料未来发展的另一重 要方向。
详细描述
随着技术的进步和产业规模的扩大，储能材料的生产 成本有望进一步降低。同时，通过改进生产工艺和提 高生产效率，可以进一步降低储能系统的成本，使其 在更多领域得到广泛应用。
电化学储能材料主要包括锂离子电池、钠离子电池、铅酸电池等；物理储能材料 主要包括超级电容器、飞轮储能等；化学储能材料主要包括氢能、甲醇等。
储能材料的应用领域
01
02
03
04
02
储能材料的电化学性能
CHAPTER
电导 率
总结词
详细描述
电化学稳定性
总结词 详细描述
能量密度与功率密度
总结词
详细描述
总结词
详细描述
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热稳定性与导热性
热稳定性 导热性
循环寿命与自放电
循环寿命
自放 电
自放电是指储能材料在未进行充放电 时发生的容量损失。自放电率低的储 能材料能够长时间保存能量，减少能 量损失。
内阻与极化
内阻
极化
04
储能材料的化学性能
CHAPTER
反应活性与合成方法
总结词
详细描述
化学稳定性与腐蚀防护
要点一
总结词
提高储能系统的集成效率
总结词
提高储能系统的集成效率是解决储能技术商业化应用 的关键问题之一。
详细描述
储能系统的集成效率决定了其能量转换效率和系统运行 稳定性。通过改进储能材料和系统的设计，优化系统布 局和运行方式，可以提高储能系统的集成效率，从而更 好地满足实际应用需求。
储能材料的制备方法页PPT文档
• 相变微胶囊是由高分子聚合物作为壳材，相变物质作为芯 材，通过物理方法、化学方法或者物理化学方法将相变材 料包覆、封装在一种微型胶囊内，制成相变固体颗粒。
• 制造方法 物理法（喷雾干燥法、喷雾冷冻法、空气悬浮法等） 物理化学法（水相分离法、油相分离法、囊心交换法等） 化学法（界面聚合法、原位聚合法、分子包囊法等）
①混合烧结法
三种工艺流程：
第1种：喷雾干燥工艺， 复杂价格较贵，但制备 的粉体匀均且流动 性好
第2种：干磨陶瓷粉工艺， 制备的粉体均匀性较好
第3种：工艺最简单，价 格最便宜，最适合工业 化生产
①混合烧结法
• 优点：工艺简单,无机盐的含量易于掌握,便于工业 化生产
• 缺点：较高的烧结温度易造成无机盐的扩散分解 • 性能影响因素：原材料的性能、粉体颗粒度和配
3、化学反应储能材料
• 目前研究较中的无机水合物、氢氧化物及多孔材料均有一 致命缺点,就是反应过程中有气体产生,故对反应器的要求 非常苛刻，而且应用时存在的技术复杂，一次性投资大及 整体效率不高等缺点，因以上问题,化学储能材料应用领 域很狭窄。
• 目前化学储能广泛应用于化学热泵、化学热管、化学热机 和灭火材料等方面
• 过程包括: ( 1) 有机单体插层原位聚合; ( 2) 在溶液中聚合物直接插层复合; ( 3) 聚合物熔融直接插层复合。
• 插层复合法所用的无机物属于层状或多孔性的。
4.毛细吸附法
• 由于多孔石墨、膨胀石墨以及多孔硅酸盐 矿物具有发达的网状孔隙结构，具有高的 表面活性、高的比表面积和非极性，内部 的孔为纳米级的微孔，且含有亲油基团， 这样就对非极性相变材料具有很强的吸附 性，因此就可形成由非极性相变材料和多 孔石墨、膨胀石墨或硅酸盐矿物组成的复 合相变材料。
• 制造方法 物理法（喷雾干燥法、喷雾冷冻法、空气悬浮法等） 物理化学法（水相分离法、油相分离法、囊心交换法等） 化学法（界面聚合法、原位聚合法、分子包囊法等）
①混合烧结法
三种工艺流程：
第1种：喷雾干燥工艺， 复杂价格较贵，但制备 的粉体匀均且流动 性好
第2种：干磨陶瓷粉工艺， 制备的粉体均匀性较好
第3种：工艺最简单，价 格最便宜，最适合工业 化生产
①混合烧结法
• 优点：工艺简单,无机盐的含量易于掌握,便于工业 化生产
• 缺点：较高的烧结温度易造成无机盐的扩散分解 • 性能影响因素：原材料的性能、粉体颗粒度和配
3、化学反应储能材料
• 目前研究较中的无机水合物、氢氧化物及多孔材料均有一 致命缺点,就是反应过程中有气体产生,故对反应器的要求 非常苛刻，而且应用时存在的技术复杂，一次性投资大及 整体效率不高等缺点，因以上问题,化学储能材料应用领 域很狭窄。
• 目前化学储能广泛应用于化学热泵、化学热管、化学热机 和灭火材料等方面
• 过程包括: ( 1) 有机单体插层原位聚合; ( 2) 在溶液中聚合物直接插层复合; ( 3) 聚合物熔融直接插层复合。
• 插层复合法所用的无机物属于层状或多孔性的。
4.毛细吸附法
• 由于多孔石墨、膨胀石墨以及多孔硅酸盐 矿物具有发达的网状孔隙结构，具有高的 表面活性、高的比表面积和非极性，内部 的孔为纳米级的微孔，且含有亲油基团， 这样就对非极性相变材料具有很强的吸附 性，因此就可形成由非极性相变材料和多 孔石墨、膨胀石墨或硅酸盐矿物组成的复 合相变材料。
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Jreco=3.1 J/cm3 ， E=581 kV/cm ② 未掺杂玻璃的厚膜样品
Jreco=1.4 J/cm3
18
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二、聚合物（聚偏氟乙烯） 基复合材料体系中的能量储存
19
.
三、微晶玻璃（玻璃+陶瓷）材料体系中的能量储存
1 .
20
.
21
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22
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23
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微晶玻璃的析晶机理
24
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2 .
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breakdown field of linear dielectric and larger polarization of
ferroelectrics.
16
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17
.
一、反铁电材料体系中的能量储存
1961年，典型的反铁电陶瓷材料为纯PbZrO3：
J＜1 J/cm3， E ＜ 60 kV/cm
1971年： 65 um-thick PbZrO3+ SiO2-Bi2O3
The actual energy densities calculated from P–E hysteresis loops for G1,G2, G3, G4,G5 and G6 are 0.78, 0.92,1.01,0.51,0.36, and 0.29 J/cm3
37
.
Our works（Ⅲ）
108 W/kg：介电电容器）;小的能量密度(≤ 30 W.h/kg) 3. 主要用于脉冲电压或电流的供应。
8
.
传统的介电电容器：
主要是由介电聚合物和介电陶瓷制造而成
。一般能量密度为0.01-0.1W.h/kg（＜
2J/cm3）
电化学超级电容器：
①具有适中的能量密度，但功率密度仍无
法满足超高功率密度的电子器件或系统，
polarization, smaller remnant polarization and moderate
breakdown field.
With development of new manufacturing processes of
materials，another two kinds of materials, glass-ceramic（微
glass 体系， J=2.1 J/cm3
2013年， X. Hao et al, Mater. Res. Bull. 48, 84
(2013).：30 m-thick Pb0.97La0.02(Zr0.97Ti0.03）O3 antiferroelectric films added with PbO B2O3-SiO2-ZnO glass ①添加3wt%玻璃厚膜样品
如电子枪、定向能量武器、激励器等。
②常常具有复杂的物理结构，非常小的操
作电压（3.0V）、高的漏电流（低的能量
效率）、有限的循环寿命（105）。这些
缺点限制了在先进脉冲功率系统中的应用
。
如果介电电容器的能量密度能提高到电化学超级电容器的水平，将
会大大扩展在脉冲功率系统中的应用。并能使电子、电器系统微型
.
26
.
27
.
3
Our works（Ⅰ）
.
28
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29
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30
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31
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32
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33
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Our works（Ⅱ）
34
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.
The theoretical energy storage densities of G1,G2,G3,G4,G5 and G6 heated at800 oC for 3h are 4.88,5.27,5.71,3.09,2.27,and1 .93 J/cm3, respectively.
太阳能电池充电
锂离子电池
4
.
高储能密度介电电容器应用
5
.
高能量密度介电电容器 可以替代电解电容器和 聚合物基电容器。最为 重要的例子是应用到混 合电动汽车、脉冲激光 武器、枪炮、船舰。在 整流器或逆变器有重要 应用：
高能量
小型化
长寿命
6
.
可植入 的医疗 装置
激素
（通过电击使心脏恢复正常跳动的）除颤器
材料科学前沿专题
先进介电储能材料 Advanced dielectric energy-storage materials
陈国华 桂林电子科技大学
2015.07.04
1
.
背景（全球环境污染、气候变化）
能源问题????
2
.
呼唤清洁能源
3
.
清洁能源代替化能电容
7
.
按照能量储存时间长短，储存电能的装置一般分为短期和长 期两类。
电池储能特点： 1. 长期 2. 高能量密度 (10-300W.h/kg), 低功率密度(≤ 500 W/kg) （电荷输运慢引起） 3. 主要用于长期稳定的能源供应。
电容器储能特点： 1. 短期 2. 高功率密度 (101 ～ 106 W/kg：电化学超级电容器；
化、轻量化和集成化。
9
.
介质电容器的储能原理
10
.
介质电容器的储能原理
11
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介质电容器的储能密度（J）测试方法一：静态法
场效应管
12
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介质电容器的储能密度（J）测试方法二：动态法
Jreco（绿色)
Jstore(绿+红面积）
13
.
电容器的储能效率（η）
Energy-storage efficiency
线性电介质
14
.
具有高储能密度的条件
① High electric breakdown field (高介电击穿强度) ② Large saturated polarization (大的饱和极化) ③ Small remnant polarization (小的剩 余极化)
顺电体 （线性电介质）
弛豫铁电体
15
典型铁电体 反铁电体
.
理想的具有高储能密度的材料体系
Relaxor ferroelectrics （弛豫铁电体）and
antiferroelectrics （反铁电体）are more likely to be used for
high energy storage because of their larger saturated
Composition of SrO–BaO–Nb2O5–B2O3–CeO2 system glasses
晶玻璃或玻璃陶瓷） and polymer-based ferroelectrics（聚
合物基铁电体）, are also be found to have the potential for
application in this area, which combine with the higher
Jreco=1.4 J/cm3
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二、聚合物（聚偏氟乙烯） 基复合材料体系中的能量储存
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三、微晶玻璃（玻璃+陶瓷）材料体系中的能量储存
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微晶玻璃的析晶机理
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breakdown field of linear dielectric and larger polarization of
ferroelectrics.
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一、反铁电材料体系中的能量储存
1961年，典型的反铁电陶瓷材料为纯PbZrO3：
J＜1 J/cm3， E ＜ 60 kV/cm
1971年： 65 um-thick PbZrO3+ SiO2-Bi2O3
The actual energy densities calculated from P–E hysteresis loops for G1,G2, G3, G4,G5 and G6 are 0.78, 0.92,1.01,0.51,0.36, and 0.29 J/cm3
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Our works（Ⅲ）
108 W/kg：介电电容器）;小的能量密度(≤ 30 W.h/kg) 3. 主要用于脉冲电压或电流的供应。
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传统的介电电容器：
主要是由介电聚合物和介电陶瓷制造而成
。一般能量密度为0.01-0.1W.h/kg（＜
2J/cm3）
电化学超级电容器：
①具有适中的能量密度，但功率密度仍无
法满足超高功率密度的电子器件或系统，
polarization, smaller remnant polarization and moderate
breakdown field.
With development of new manufacturing processes of
materials，another two kinds of materials, glass-ceramic（微
glass 体系， J=2.1 J/cm3
2013年， X. Hao et al, Mater. Res. Bull. 48, 84
(2013).：30 m-thick Pb0.97La0.02(Zr0.97Ti0.03）O3 antiferroelectric films added with PbO B2O3-SiO2-ZnO glass ①添加3wt%玻璃厚膜样品
如电子枪、定向能量武器、激励器等。
②常常具有复杂的物理结构，非常小的操
作电压（3.0V）、高的漏电流（低的能量
效率）、有限的循环寿命（105）。这些
缺点限制了在先进脉冲功率系统中的应用
。
如果介电电容器的能量密度能提高到电化学超级电容器的水平，将
会大大扩展在脉冲功率系统中的应用。并能使电子、电器系统微型
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Our works（Ⅰ）
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Our works（Ⅱ）
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The theoretical energy storage densities of G1,G2,G3,G4,G5 and G6 heated at800 oC for 3h are 4.88,5.27,5.71,3.09,2.27,and1 .93 J/cm3, respectively.
太阳能电池充电
锂离子电池
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高储能密度介电电容器应用
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高能量密度介电电容器 可以替代电解电容器和 聚合物基电容器。最为 重要的例子是应用到混 合电动汽车、脉冲激光 武器、枪炮、船舰。在 整流器或逆变器有重要 应用：
高能量
小型化
长寿命
6
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可植入 的医疗 装置
激素
（通过电击使心脏恢复正常跳动的）除颤器
材料科学前沿专题
先进介电储能材料 Advanced dielectric energy-storage materials
陈国华 桂林电子科技大学
2015.07.04
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背景（全球环境污染、气候变化）
能源问题????
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呼唤清洁能源
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清洁能源代替化能电容
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按照能量储存时间长短，储存电能的装置一般分为短期和长 期两类。
电池储能特点： 1. 长期 2. 高能量密度 (10-300W.h/kg), 低功率密度(≤ 500 W/kg) （电荷输运慢引起） 3. 主要用于长期稳定的能源供应。
电容器储能特点： 1. 短期 2. 高功率密度 (101 ～ 106 W/kg：电化学超级电容器；
化、轻量化和集成化。
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介质电容器的储能原理
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介质电容器的储能原理
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介质电容器的储能密度（J）测试方法一：静态法
场效应管
12
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介质电容器的储能密度（J）测试方法二：动态法
Jreco（绿色)
Jstore(绿+红面积）
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电容器的储能效率（η）
Energy-storage efficiency
线性电介质
14
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具有高储能密度的条件
① High electric breakdown field (高介电击穿强度) ② Large saturated polarization (大的饱和极化) ③ Small remnant polarization (小的剩 余极化)
顺电体 （线性电介质）
弛豫铁电体
15
典型铁电体 反铁电体
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理想的具有高储能密度的材料体系
Relaxor ferroelectrics （弛豫铁电体）and
antiferroelectrics （反铁电体）are more likely to be used for
high energy storage because of their larger saturated
Composition of SrO–BaO–Nb2O5–B2O3–CeO2 system glasses
晶玻璃或玻璃陶瓷） and polymer-based ferroelectrics（聚
合物基铁电体）, are also be found to have the potential for
application in this area, which combine with the higher