Forskare har flexibel dielektrisk polymer. Inlaga visar bornitrid nanoark. Kredit:Qing Wang/Penn State
Lätt att tillverka, låg kostnad, lättvikt, flexibla dielektriska polymerer som kan fungera vid höga temperaturer kan vara lösningen för energilagring och kraftomvandling i elfordon och andra högtemperaturapplikationer, enligt ett team av Penn State-ingenjörer.
"Keramik är vanligtvis valet för energilagringsdielektrik för högtemperaturapplikationer, men de är tunga, vikt är ett övervägande och de är ofta också sköra, sa Qing Wang, professor i materialvetenskap och teknik, Penn State. "Polymerer har en låg arbetstemperatur och därför måste du lägga till ett kylsystem, öka volymen så att systemets effektivitet minskar och det gör också tillförlitligheten."
Dielektrika är material som inte leder elektricitet, men när de utsätts för ett elektriskt fält, lagra el. De kan frigöra energi mycket snabbt för att tillfredsställa motorstarter eller för att omvandla likströmmen i batterier till den växelström som behövs för att driva motorer.
Tillämpningar som hybrid- och elfordon, kraftelektronik för flygindustrin och underjordisk gas- och oljeprospekteringsutrustning kräver material för att tåla höga temperaturer. Forskarna utvecklade en tvärbunden polymer nanokomposit innehållande bornitrid nanosheets. Detta material har högspänningskapacitet för energilagring vid förhöjda temperaturer och kan även fotomönstras och är flexibelt. Forskarna redovisar sina resultat i ett färskt nummer av Natur .
Denna bornitridpolymerkomposit kan motstå temperaturer på mer än 480 grader Fahrenheit under applicering av höga spänningar. Materialet tillverkas enkelt genom att blanda polymeren och nanoskivorna och sedan härda polymeren antingen med värme eller ljus för att skapa tvärbindningar. Eftersom nanoarken är små - cirka 2 nanometer i tjocklek och 400 nanometer i sidstorlek, materialet förblir flexibelt, men kombinationen ger unika dielektriska egenskaper, som inkluderar högre spänningskapacitet, värmebeständighet och böjbarhet.
"Vårt nästa steg är att försöka göra det här materialet i stor skala och använda det i en verklig tillämpning, " sa Wang. "Teoretiskt sett, det finns ingen exakt skalbarhetsgräns."