Principi rada dielektričnih materijala i metoda kondenzatora za poboljšanje gustoće skladištenja energije

Kondenzatori , kao bitne komponente u elektroničkim krugovima, performanse su u velikoj mjeri određene karakteristikama njihovih dielektričnih materijala. Polarizacijski fenomen dielektričnih materijala pod vanjskim električnim poljem tvori fizičku osnovu za skladištenje energije kod kondenzatora.

Mehanizmi polarizacije dielektrika
Dielektrični materijali mogu se klasificirati u nepolarne i polarne tipove. Nepolarni dielektrici prvenstveno generiraju inducirani dipolni trenuci Pod vanjskim električnim poljem, koji se očituje kao elastični pomak elektronskih oblaka. Podarna dielektrika, osim pomaka u oblaku elektrona, posjeduje Stalni dipolni trenuci koji se usklađuju s smjerom vanjskog električnog polja. Bez obzira na vrstu, svi dielektrici razvijaju inducirane dipolske trenutke duž električnog polja i pokazuju vezane naboje na njihovim površinama kada su podvrgnuti vanjskom električnom polju. Ovi vezani naboji ne mogu se slobodno kretati i imaju polaritet suprotno od susjednih elektroda.

Kvantitativni opis intenziteta polarizacije
Intenzitet polarizacije (P) je ključni parametar koji opisuje stupanj dielektrične polarizacije, definiran kao vektorski zbroj električnih dipolnih trenutaka po jedinici volumena. Električni dipolni trenutak (μ) određuje se količinom naboja (q) i udaljenom između pozitivnih i negativnih naboja (L). U izotropnim linearnim dielektricima, intenzitet polarizacije izravno je proporcionalan primijenjenom električnom polju (E), izraženo kao P = ε₀ (εᵣ-1) E, gdje je ε₀ vakuumska propusnost (8,85 × 10 × q/m) i εᵣ relativna perzintivnost materijala. Ovaj odnos otkriva izravnu vezu između mogućnosti polarizacije materijala i njegove dielektrične konstante.

Metode gustoće i poboljšanja energije
Gustoća skladištenja energije (w/ΔV) kondenzatora može se izraziti formulom ½ε₀εᵣe², gdje je E snaga radnog polja. Za poboljšanje gustoće skladištenja energije, postoje dva glavna pristupa: Povećavanje snage radnog polja i Poboljšanje dielektrične konstante . Poboljšanje čvrstoće radnog polja ovisi o karakteristikama polja polja dielektričnog materijala, dok se povećanje dielektrične konstante može postići optimiziranjem sastava materijala i mikrostrukture. Temeljni parametri kondenzatora kao što su kapacitivnost (c = ε₀εᵣs/d) i kapacitet za skladištenje energije (w = ½CU²) također su usko povezani s tim svojstvima dielektričnih materijala.
Duboko razumijevanjem mehanizama polarizacije i kvantitativnih odnosa dielektričnih materijala, mogu se pružiti teorijske smjernice za razvoj materijala visokih performansi kondenzatora kako bi se zadovoljile potražnju za kondenzatorima visoke energije u modernim elektroničkim uređajima. .