新电容材料的推出使电动汽车有望更轻更便宜

不知道在座的各位车友知不知道电容材料这个词?据电动君获悉，电容方面的知识在初中的物理课本上，就有开始接触了，据初中物理课本介绍，每一种做电容的材料，都会在某个温度发生熔断。再举个例子，家庭供电用的保险丝知道不，当线路短路的时候，温度过高保险丝就会自行熔断，从而断电。今天电动君要给大家扒一扒的当然不会是家用的保险丝哈，而是新能源汽车上的电容材料。

无论是电动汽车还是混合动力汽车，电池和汽车动力装置之间的电容材料，都使用的是普通双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜，然而，该材料只能在 70℃以内发挥优良性能。然而当我们的电动汽车行驶，往往很容易就会超过这个温度，因此电动汽车内部必须额外为该材料安装降温装置。众所周知，降温装置不仅增加了整车的重量，还增加了整车生产成本。

近期，宾夕法尼亚州立大学材料科学家团队通过改变材料结构，研发出一种新电容材料，该材料能在 150℃的高温状态下保持优良性能。一旦这种新材料推向市场，电动汽车内部可能就再也不需安装降温装置了。

电动汽车内部的电容材料

高分子聚合物是理想的交通运输电容储能材料，因为它重量轻、可扩展性强，拥有极佳绝缘性能。BOPP 是目前商用范围最广的聚合物材料，你家里的透明胶带、乐事薯片包装袋、方便面包装等，都有 BOPP 的功劳。

 

然而，BOPP 并不耐高温，所以，当把它用在电动汽车里当做电极时，电动汽车运行时产生的高温能很快将其损坏，于是降温装置成了电动汽车内部很重要的一个部件。那么，有没有一种材料既能保持绝缘性能的同时，还能耐住高温呢?宾夕法尼亚州立大学的研究者们给出的答案是：能，但需要改变以往材料的结构。

新材料：改变结构也能引起质变

宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程学院教授王晴(Qing Wang，音译)向第四能源记者表示，我们将以往的薄膜改变为三明治结构，这种结构能在高温和强磁场环境下保护材料不受损坏。

正常的聚合物膜，比如 BOPP，在提高电容率和电场强度的情况下，会影响其稳定性和充放电效率。电场越强，聚合物膜会随着温度升高而泄露能量。所以研究者们尝试通过混合不同的材料，以平衡其化学特性。然而，这样做之后，虽然能提高电容材料的储能容量，但在高温条件下，电子从电极逃逸，然后进入到聚合物膜，从而形成电流，导电之后的薄膜很容易就毁坏了。

既然复合材料无法从根本上解决问题，那么突破口究竟在哪儿呢?最后，研究者们想到了改良材料结构，在此基础上，他们构建了这种三明治结构。王晴向笔者展示了原理图，图中我们可以看到，顶层和底层的材料能阻挡电极的电荷注入，而在中间层，他们放入了能提高能量密度和功率密度的高电容率聚合物材料。

三明治结构的优势

 

表层材料为氮化硼纳米薄片(图中的蓝色和白色原子)，能充当绝缘体;中间层材料为钛酸钡(图中绿色和紫色原子)，它能提高介电常数，用于高温条件下的能量存储。王晴向笔者做出了进一步解释。

我们都知道，氮化硼纳米薄片组成的聚合物基体是绝佳的绝缘体，而钛酸钡则是一种高电容材料，这样的排列组合构建了一种全新的材料，它具有高能量密度、高功率密度和优秀的充放电循环效率等诸多优势特性。

实验结果显示，与 BOPP 相比，这种新材料在 150℃的高温下，充放电循环效率与 BOPP 在 70℃时保持一致。并且，在保持如此高温条件下，经过 24 小时不间断的测试，这种材料没有任何损坏。

对于未来，王晴表示看好，我们下一步是希望能与企业展开合作，做进一步研究，看这种新材料是否能以合理的价格量产，从而推向市场。