诺尔斯电容器位于英国诺维奇的研发部门与英国国家物理实验室和荷兰的欧洲支持先进材料一起完成了欧盟第七框架计划下的一个项目。该计划是开发一种无铅陶瓷电介质,具有高能量密度和降低损耗,用于高温应用。

混合动力和电动汽车依赖于高效的电源转换和管理,汽车电源电子代表着一个新兴的400亿英镑的全球市场。在今天的车辆中,能量存储和转换系统中的电力电子设备需要复杂的冷却系统,因为现有的电容器不能忍受非常高的温度。这增加了车辆的重量,缩短了能量存储/转换系统的使用寿命,这对用户来说意味着较低的里程范围和增加的维护成本。航空航天、石油天然气和半导体行业也面临着类似的挑战,这些行业的技术和可靠性依赖于高温电子设备。

陶瓷电容器在电力电子领域应用的主要限制因素是尺寸和温度稳定性。铁电陶瓷通常表现出高能量密度,但在高温下不能提供稳定高效的性能。因此,研究集中在寻找一种新的BiFeO3-SrTiO3陶瓷组合物,可以产生无铅多层电容器设计。这种设计将表现出前所未有的低介电损耗和高热稳定性,同时保持高能量密度和高达200°c的快速放电速率,最终可用于实际应用。

该研究的结论导致了基于BiFeO3-SrTiO3体系的两种无铅成分的开发和表征的突破,一篇题为“高温应用中高能量密度和降低损失的无铅陶瓷”的手稿已提交并由先进工程材料公司接受出版。

手稿的精髓是这样的,“我们的结果表明,我们的电容器具有非常高的能量密度和令人印象深刻的低介电损耗,这将减少电容器在交流操作条件下的自热。这些铁氧体基电容器还具有非常吸引人的热性能,其中从室温到200°C的电容变化很小,再加上它们卓越的储能性能,使它们非常适合高温应用。我们相信,我们在开发一种在高温下具有卓越性能的新型电容器方面的发现,但与现有的X7R电容器(最高温度125°C,价格~ 0.50美元)具有成本竞争力,将开启高温电力电子的新时代,并为低碳市场的稳定铺平道路。这些独特的性能明显优于其他最先进的陶瓷,并有可能在高频和高温操作下为高容量陶瓷电容器创造重要的新市场。”

诺尔斯电容器公司现在开始将这些发现转化为新产品。

该研究获得了欧盟第七框架计划(FP7/2007-2013)的资助,用于清洁天空联合技术倡议。641553.该基金旨在更好地利用欧洲的研究能力,并将科学成果转化为新产品、工艺和服务。它的全球预算为55.2亿欧元。