Principes de travail des matériaux et méthodes diélectriques des condensateurs pour améliorer la densité de stockage d'énergie

Condensateurs , en tant que composants essentiels dans les circuits électroniques, ont des performances largement déterminées par les caractéristiques de leurs matériaux diélectriques. Le phénomène de polarisation des matériaux diélectriques sous un champ électrique externe forme la base physique du stockage d'énergie chez les condensateurs.

Mécanismes de polarisation des diélectriques
Les matériaux diélectriques peuvent être classés en types non polaires et polaires. Les diélectriques non polaires génèrent principalement moments dipolaires induits Sous un champ électrique externe, se manifestant comme un déplacement élastique des nuages d'électrons. Les diélectriques polaires, en plus du déplacement des nuages d'électrons, possèdent Moments dipolaires permanents qui s'alignent sur la direction du champ électrique externe. Quel que soit le type, tous les diélectriques développent des moments dipolaires induits le long du champ électrique et présentent des charges liées sur leurs surfaces lorsqu'elles sont soumises à un champ électrique externe. Ces charges liées ne peuvent pas se déplacer librement et avoir une polarité opposée à celle des électrodes adjacentes.

Description quantitative de l'intensité de la polarisation
L'intensité de polarisation (P) est un paramètre clé décrivant le degré de polarisation diélectrique, définie comme la somme vectorielle des moments dipolaires électriques par volume unitaire. Le moment dipolaire électrique (μ) est déterminé par la quantité de charge (Q) et la distance entre les charges positives et négatives (L). Dans les diélectriques linéaires isotropes, l'intensité de polarisation est directement proportionnelle au champ électrique appliqué (E), exprimé en p = ε₀ (εᵣ-1) E, où ε₀ est la permittivité sous vide (8,85 × 10⁻¹² f / m) et εᵣ est la permittivité relative du matériau. Cette relation révèle le lien direct entre la capacité de polarisation d'un matériau et sa constante diélectrique.

Méthodes de densité de stockage d'énergie et d'amélioration
La densité de stockage d'énergie (w / ΔV) d'un condensateur peut être exprimée par la formule ½ε₀εᵣe², où E est la force du champ de travail. Pour améliorer la densité de stockage d'énergie, il existe deux approches principales: Augmenter la force du champ de travail et Amélioration de la constante diélectrique . L'amélioration de la résistance au champ de travail dépend des caractéristiques du champ de panne du matériau diélectrique, tandis que l'augmentation de la constante diélectrique peut être obtenue en optimisant la composition et la microstructure des matériaux. Les paramètres fondamentaux des condensateurs tels que la capacité (c = ε₀εᵣs / d) et la capacité de stockage d'énergie (w = ½ cu²) sont également étroitement liés à ces propriétés des matériaux diélectriques.
En comprenant profondément les mécanismes de polarisation et les relations quantitatives des matériaux diélectriques, des conseils théoriques peuvent être fournis pour développer des matériaux de condensateurs à haute performance pour répondre à la demande de condensateurs à haute densité dans les appareils électroniques modernes.