介电材料及使用该介电材料的电容器制造技术

本发明专利技术公开了一种介电材料及使用该介电材料的电容器，该介电材料的原料组成及质量百分比含量为：聚苯乙烯磺酸钠94-98%，小分子无机盐2-6%。该介电材料具有离子导电性高、离子极化性高和机械稳定性良好等优异性能，可应用于电力电容器中。使用该介电材料的电容器的性能非常稳定，在以250V交流电压测试1000小时后不存在明显的性能退化，该电容器还可以通过并联或串联来按比例线性扩大，以满足提高电压或无功功率的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电器
，特别是涉及一种介电材料及使用该介电材料的电容 器。
技术介绍
电力电容器是电网系统中的关键元件。一般来说，电网的输出功率主要包括两个 部分：有功功率(或实际功率）和无功功率。典型地，在交流(AC)电路中，能量暂时储存在 感应元件和电容元件中，这可能导致电流方向的周期性反转。对一个完整AC波形求取平均 值，所得的功率流部分是实际功率；即，可用于做功(例如，克服电动机中的摩擦，或加热元 件)的能量。另一方面来说，功率流中的一部分在感应电路元件和电容电路元件中暂时以磁 场或电场的形式储存，然后返回源头，即所称的无功功率。交流输电系统中，需要无功功率 流来支持有功电流在网络中的传递。 在实践中，电网负载具有阻抗、电感和电容，因此有功功率和无功功率都流向有功 负载。有功功率和无功功率的矢量和的大小，如图1中所示，计量为表观功率。图中，P为 有功功率，Q为无功功率(在图中情况下为正)，S是复数功率，而S的长度是表观功率。在电 路中，有功功率和表观功率之间的比率称为功率因数，是配电系统效率的实际量度。对于两 个传递等量有功功率的系统而言，具有较低功率因数的系统将具有较高的循环电流，所述 电流来自从负载的储能器中返回源头的能量。所述较高电流导致等量有功功率下的损耗升 高。具有较高功率因数的电路在等量有功功率下具有较低的表观功率和较低的损耗。当电 压和电流同相时，所述功率因数为1。当电流领先或滞后电压90度时，所述功率因数为0。 功率因数常常描述为"领先"或"滞后"，以说明电流相对于电压的相位角的符号。 大多数电气接线终端采用了感应电动机，造成相邻分配线中的功率因数低，导致 高无功功率和能量浪费。因此，提高功率因数被认为是能量节约的重要途径之一。为了提 高电网效率，目前广泛应用的重要方法是原位无功功率补偿技术。传统上，电容器用来生成 无功功率，而电感器用来消耗无功功率。若电容器和电感器并联，则流经电感器和电容器的 电流倾向于相互抵消而非叠加，这是控制电力传输的功率因数的基础原理。典型情况下，将 并联电力电容器插入电路中，以部分补偿被电感负载"消耗"的无功功率，由此优化其所连 接的线路的功率因数。在某些应用中，电力电容器也用于储能，但应用有限。 图2所示为电网中原位无功补偿的示意图，图3为原位无功补偿的物理原理图：电 网的实际负载大多数为感应性的，例如，电动机和变压器。纯粹的电容性电路以领先电压波 形90度的电流波形形成无功功率，而纯粹的电感性电路以滞后电压波形90度的电流波形 消耗无功功率。若我们把电容性元件适当地安装在电网的终端电路（即负载电路）中，则流 经电容器的电流可以补偿电感器电流，电流和电压（Φ)的矢量之间的角度可以缩小，由此 提商该兀件的功率因数。 目前，电力电容器广泛应用于无功补偿中。聚丙烯（PP)薄膜由于介电强度高，消 耗因数低且消耗因数稳定，是目前的最常用于金属化薄膜电力电容器的介电材料。但是， 基于PP薄膜的电力电容器还有很多缺点：i)聚乙烯的耐热性相对较差，且对外界环境因素 (例如，化学和机械影响)较为敏感；ii)制备工艺非常复杂：基于PP的薄膜电容器的典型生 产工艺过程，包括薄膜拉伸和金属化，薄膜裁切、缠绕和整平，施加金属接触层，加热，浸渗， 连接终端，涂装，最终电气测试，等等；iii)生产聚乙烯、硅油和金属化中产生的大量污染物 质，会给环境和人类带来严重危害。因此，为了实现环境和社会的可持续发展，必须寻找聚 乙烯薄膜的替代物
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的是提供一种介电材料。 -种介电材料，其原料组成及质量百分比含量为：聚苯乙烯磺酸钠94-98%，小分 子无机盐2-6%。 在其中一个实施例中，其原料组成及质量百分比含量为：聚苯乙烯磺酸钠96%，小 分子无机盐4%。 在其中一个实施例中，所述聚苯乙烯磺酸钠的磺化度为55-60mol%。 在其中一个实施例中，所述小分子无机盐为任意比例混合的NaCl、KCl和NaHC03。 在其中一个实施例中，所述NaCl、KCl和NaHCO3的比例为：0 :0:4、4:0:0、0:4:0、 2:0:2、2:2:0、0:2:2、1:2:1、1:1:2 或 2:1:1。 本专利技术的另一目的是提供一种电容器。 具体的技术方案如下： 一种电容器，包括正极、负极和权利要求1-5任一项所述介电材料制备得到的可 极化颗粒。 在其中一个实施例中，所述介电材料的粒径为37-75 μ m。 在其中一个实施例中，所述可极化颗粒的制备步骤如下：将介电材料研磨至粒径 为37-75 μ m，然后压模成型，再置于70-80°C常压下的烘箱中干燥至少30min，即得。 本专利技术的原理： 本专利技术的电容器，其中，离子极化(或解凝聚)被推断为该材料电容性高的原因。该 PSSNa材料结构可以看作是具有可动Na+反荷离子的固定不动的PSS-负极栅格(或矩阵)。 所述栅格的负电荷密度如此之高（3.3X1021电荷/cm3)，以至于通过静电引力对阳离子形 成强力的凝聚力。当所述PSSNa材料带电荷时，所述可动阳离子朝负电极集体极化(或解凝 聚)，由此形成装置中的电荷存储。当该材料放电时，解凝聚的阳离子扩散返回其初始位置， 并在放电后于所述负极栅格中再次凝聚。由此，阳离子在负极中的解凝聚和凝聚对应于所 述电容器的充电和放电循环。该凝聚-解凝聚原理与静电电容器的原理的本质不同，在于 后者的电荷存储是基于电介质极化。只有电极/介质面中的电荷对能量储存做出了贡献。 但是，本专利技术的电容器中，所有阳离子都有助于电荷积累和储存。因此，其表现出高电容性。 本专利技术的优点如下： 本专利技术的介电材料可以应用于电容器中，利用本专利技术介电材料制备的电容器是电 力电容器的替代候选。可以在电网中的应用，用于改善电力系统的功率因数并提高其输电 能力。 本专利技术介电材料压模成型后制备成可极化颗粒，将其夹在两片石墨片之间，以液 压压缩，便可以制得电容器。面积为2cm2的可极化颗粒(厚I. 5mm)的额定电压高达250V， 且其电容以ISO-Tech电感电容电阻测量计819测量达到1. 2 μ F。额定频率50Hz下的无功 功率Q为0. 02kVar，额定电流为94mA。 本专利技术电容器的性能非常稳定，在以250V交流电压测试1000小时后不存在明显 的性能退化。此外，该电容器还可以通过并联或串联来按比例线性扩大，以满足提高电压或 无功功率的要求。 从其极度的简便性、优秀的可扩展性和实践可行性来看，本专利技术的电容器可能是 一种改变电网领域格局的装置，为无功损失补偿提供了一种可持续的解决方案。【附图说明】 图1为复数功率与有功和无功功率关系意图； 图2为原位无功功率补偿示意图； 图3为原位无功功率补偿的物理原理示意图； 图4为本专利技术电容器的制备工艺流程示意图； 图5为本专利技术电容器的交流电（50Hz，250V))响应图； 图6为不同并联电容器的电容； 图7为本专利技术电容器示意图。【具体实施方式】 以下结合实施例与附图对本申请做进一步阐述。 本专利技术实施例一种介电材料，其原料组成及质量百分比含量为：聚苯乙烯磺酸钠 94-98% (优选为96%)，小分子无机盐2-6% (优选为4%)。 该介电材料的原材料是市售商品本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种介电材料，其特征在于，其原料组成及质量百分比含量为：聚苯乙烯磺酸钠94‑98%，小分子无机盐2‑6%。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢贤宁，王倩，
申请(专利权)人：苏州工业园区新国大研究院，新加坡国立大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32