Полимерная плёнка для конденсаторов сохранила высокую эффективность при 200 °C

Исследователи разработали способ укрепления полимерных диэлектриков, который позволяет им эффективно накапливать и отдавать электрическую энергию при температуре 200 °C. В испытаниях плёнка на основе полиэфиримида обеспечила плотность отдаваемой энергии 6 джоулей на кубический сантиметр при эффективности выше 90 процентов. Результат может помочь создавать конденсаторы для работы в условиях сильного нагрева.

Диэлектрик разделяет проводящие части конденсатора и должен сохранять изоляционные свойства в сильном электрическом поле. При повышении температуры многие распространённые полимеры перестают удовлетворять этим требованиям. Один из способов повысить устойчивость материала — соединить его молекулярные цепи дополнительными химическими связями. Однако обычные методы такой сшивки часто подходят лишь для определённых полимеров и могут создавать дефекты, ухудшающие электрическую изоляцию.

Авторы предложили подход, основанный на внедрении реакционноспособных частиц — нитренов — в связи между углеродом и водородом. Это позволило сшивать несколько химически разных коммерческих полимеров без разработки отдельной схемы для каждого типа. Подробные испытания провели на полиэфиримидной плёнке. Помимо высокой эффективности при нагреве, материал выдержал более 100 тысяч циклов в жёстких условиях с напряжённостью электрического поля 500 мегавольт на метр.

Работа показывает, что химическая сшивка может улучшать характеристики уже существующих полимерных материалов для ёмкостных накопителей энергии. Особенно важна возможность совместить термостойкость с сохранением изоляционных свойств. Вместе с тем испытания плёнки ещё не означают появления готового промышленного конденсатора: для практического применения потребуется подтвердить характеристики при изготовлении устройств и в конкретных режимах эксплуатации.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.