化石燃料储量有限且能源消耗迅速,刺激了人们对可再生能源和高能量密度储存的探索。与电池、燃料电池和超级电容器等其他储能技术相比,静电电容器是唯一一种能够提供较高功率密度的储能装置,广泛应用于电子和电气设备,如电路、高频逆变器和混合动力汽车等。随着人们对紧凑、小型化和高效电子设备的需求日益增加,人们对高能量密度的储能介质材料有了更高的要求。陶瓷的高介电常数和聚合物的高击穿强度相结合对提高复合材料储能性能具有重要意义。本论文选取Na0.5Bi4.5Ti4O15(NBT4)作为陶瓷填料,聚偏二氟乙烯(PVDF)作为聚合物基体,通过改变NBT4陶瓷颗粒的形貌、以及设计多层复合材料的电场分布和“三明治”结构的设计来提高复合材料的介电性能和储能性能。本论文的研究内容如下:采用熔盐法和传统固相法制备了 NBT4片和NBT4颗粒,并用流延法制备了 NBT4片/PVDF复合材料和NBT4颗粒/PVDF复合材料。由于两个平行的NBT4片可以看作一个微电容,整个复合材料的电容值可以看成微电容并联而成的,电容的增大可以提高复合材料的介电常数。NBT4片也可以在复合材料内部充当阻挡层,在外加电场的作用下,使导电通路不易形成,最终增大了复合材料的击穿强度。由于NBT4片/PVDF复合材料的介电常数和击穿强度得到了提高,所以NBT4片/PVDF复合材料的储能性能优于NBT4颗粒/PVDF复合材料。当NBT4片的体积分数为1%时,其储能密度在300 kV/mm电场下达到了 9.45 J/cm3,此时复合材料的储能效率为52.28%。以NBT4片作为填料,设计了三层梯度结构,NBT4片体积分数从顶层到底层逐渐降低从而构建了梯度电场,在外加电场下,梯度电场会有一个缓冲的效果使材料不易击穿,从而增大复合材料的击穿强度。而层之间较大的界面极化增大了复合材料的介电常数。样品0.5-2-5梯度织构化复合材料在350 kV/mm的电场下获得了超高的储能密度16.41 J/cm3,此时复合材料的储能效率为53.3%。通过两边添加NBT4片来保证复合材料高的击穿强度,中间层(BaTiO3)BT/PVDF层为复合材料提供高的介电常数,目的是保持高击穿强度的条件下添加更多的BT纳米陶瓷颗粒从而增大复合材料的介电常数。样品0.5-1.0-0.5复合材料在电场为460 kV/mm下获得了超高的储能密度16.9 J/cm3,此时复合材料的储能效率为62%。