本发明属于介质阻挡放电领域,涉及一种通过双电源触发电场耦合的增强型介质阻挡放电装置。
背景技术:
1、随着全球变暖的挑战和传统化石资源不可避免的枯竭,对清洁能源(太阳能、风能、生物质能等)的需求正在迅速增长。然而,可再生能源负荷的剧烈变化,以及便携式电子设备和电动汽车的快速增长,给电网的安全运行带来了巨大的挑战,这就需要能源转换和存储技术的进步。超级电容器具有远高于传统电池和电容器的功率密度,循环寿命长、维护成本低、生态友好等优点,被认为是满足短负载周期和高可靠性应用要求的理想储能装置。
2、将过渡金属氧化物与碳材料结合,可以提高整体的电容性能。特别是rgo的含氧官能团表面可以作为金属离子成核和生长的场所,这使得rgo/过渡金属氧化物复合材料被认为是超级电容器理想的电极材料。
3、常用的制备rgo/过渡金属氧化物复合材料的等离子体反应器有等离子体射流、介质阻挡放电dbd等。等离子体射流放电较强,但射流处理过程中纳米复合材料受气流影响会发生不可控的飞散,因此多限于处理复合材料薄膜。介质阻挡放电可以产生大面积的低温等离子体,操作简单,粉末的处理过程相比射流更加可控。dbd等离子体相关技术已广泛应用于制备存储材料。但常用的平板dbd存在放电较差的问题。研究人员通过在处理过程中加入搅拌操作来提升处理效果,但效果仍不理想。因此,提高反应器放电效果是等离子体制备兼具高比能量密度和高比功率密度的电极材料的关键。
技术实现思路
1、1.所要解决的技术问题:
2、如何提高反应器放电效果。
3、2.技术方案:
4、为了解决以上问题,本发明提供了一种通过双电源触发电场耦合的增强型介质阻挡放电装置,包括上石英玻璃板和下石英玻璃罩,所述上石英玻璃板和下石英玻璃罩组成一个密封的空间,待处理的粉末放置于密封的空间内,工作气体为ar,上高压电极和中间地电极分别贴在所述上石英玻璃板两面,所述上高压电极和第一激励电源连接,下高压电极贴在下石英玻璃罩中的石英玻璃上,所述下高压电极和第二激励电源连接,上高压电极、中间地电极和下高压电极构成平板结构,所述第一激励电源为高频交流电源,所述第二激励电源为纳秒脉冲电源。
5、进一步地,所述中间地电极电极排布采用多电极排布的形式,电极间有间隔。
6、进一步地,还包括示波器,所述第一激励电源、第二激励电源和示波器连接,还包括电流线圈,两个电压的电流和通过电流线圈接入到示波器。
7、进一步地,在第一激励电源和示波器之间设有高压探头,此处所述高压探头用于测第一激励电源施加电极的电位差;第二激励电源和示波器之间设有高压探头,此处所述高压探头用于测第二激励电源施加电极的电位差;所述高压探头接地。
8、进一步地,所述示波器的型号是tektronix mdo34;所述高压探头的型号是:tektronix p6015a;所述电流线圈是pearson电流线圈。
9、进一步地,还包括高压气瓶,所述高压气瓶中的ar气通过流量计和单向阀进入到密封空间中。
10、进一步地,所述单向阀有两个,所述流量计位于第一单向阀和第二单向阀之间。
11、进一步地,所述上高压电极、中地电极和下高压电极都是铜箔。
12、进一步地,所述纳秒脉冲电源电压幅值调节范围为0-30 kv,电源频率调节范围为1-10 khz,上升沿和下降沿时间调节范围为50 ns-250 ns,在电压幅值为4-9 kv、频率3-8khz范围内能实现放电效果,所述高频交流电源电压幅值调节范围为0-15 kv,电源频率调节范围为1-20 khz。在电压幅值为3-9 kv、电源频率4-8 khz的范围内能实现放电效果,在此条件下使用信号发生器17触发两个电源,使两个电源相位差为270°。
13、进一步地,所述纳秒脉冲电源电压7 kv,频率6 khz,上升沿和下降沿50 ns;所述高频交流电源电压7 kv,频率6 khz。
14、3.有益效果:
15、本发明采用低温等离子体对纳米材料进行制备,与传统的材料制备方法相比,本发明制备rgo/过渡金属氧化物电极复合材料不需要离心干燥过程且无废液污染,过程操作简单、环保高效。
16、本发明采用高地高的三电极结构,与等离子体射流、传统平板dbd相比,三电极结构可以降低放电时的起始电压,产生更加均匀的等离子体放电区域和更多的放电通道。
17、本发明通过相位调节使交流信号的负半周期的极值点与脉冲信号同步,从而利用两种电源的极性差异引发的电场耦合来增强还原效果。该方法更易制备兼具高比能量密度和高比功率密度的电极材料,且制备效率更高。
1.一种通过双电源触发电场耦合的增强型介质阻挡放电装置,其特征在于:包括上石英玻璃板(7)和下石英玻璃罩(10),所述上石英玻璃板(7)和下石英玻璃罩(10)组成一个密封的空间,待处理的粉末放置于密封的空间内,工作气体为ar,上高压电极(8)和中间地电极(9)分别贴在所述上石英玻璃板(7)两面,所述上高压电极(8)和第一激励电源(1)连接,下高压电极(11)贴在下石英玻璃罩(10)中的石英玻璃上,所述下高压电极(11)和第二激励电源(2)连接,上高压电极(8)、中间地电极(9)和下高压电极(11)构成平板结构,所述第一激励电源(1)为高频交流电源,所述第二激励电源(2)为纳秒脉冲电源。
2.如权利要求1所述的通过双电源触发电场耦合的增强型介质阻挡放电装置,其特征在于:所述中间地电极(9)电极排布采用多电极排布的形式,电极间有间隔。
3.如权利要求1所述的通过双电源触发电场耦合的增强型介质阻挡放电装置,其特征在于:还包括示波器(3),所述第一激励电源(1)、第二激励电源(2)和示波器(3)连接,还包括电流线圈(5),两个电压的电流和通过电流线圈(5)接入到示波器(3)。
4.如权利要求3所述的通过双电源触发电场耦合的增强型介质阻挡放电装置,其特征在于:在第一激励电源(1)和示波器(3)之间设有高压探头(4),此处所述高压探头(4)用于测第一激励电源施加电极的电位差;第二激励电源(2)和示波器(3)之间设有高压探头(4),此处所述高压探头(4)用于测第二激励电源施加电极的电位差;所述高压探头(4)接地。
5.如权利要求4所述的双电源触发电场耦合的增强型介质阻挡放电装置,其特征在于:示波器(3)的型号是tektronix mdo34;高压探头(4)的型号是:tektronix p6015a;电流线圈(5)是pearson电流线圈。
6.如权利要求1所述的通过双电源触发电场耦合的增强型介质阻挡放电装置,其特征在于:还包括高压气瓶(16),所述高压气瓶(16)中的ar气通过流量计(14)和单向阀进入到密封空间中。
7.如权利要求5所述的通过双电源触发电场耦合的增强型介质阻挡放电装置,其特征在于:所述单向阀有两个,所述流量计(14)位于第一单向阀(13)和第二单向阀(15)之间。
8.如权利要求1-7任一项所述的双电源触发电场耦合的增强型介质阻挡放电装置,其特征在于:所述上高压电极(8)、中地电极(9)和下高压电极(11)都是铜箔。
9.如权利要求1-7任一项所述的双电源触发电场耦合的增强型介质阻挡放电装置,其特征在于:所述纳秒脉冲电源电压幅值调节范围为0-30 kv,电源频率调节范围为1-10khz,上升沿和下降沿时间调节范围为50 ns-250 ns,在电压幅值为4-9 kv、频率3-8 khz范围内能实现放电效果,所述高频交流电源电压幅值调节范围为0-15 kv,电源频率调节范围为1-20 khz,在电压幅值为3-9 kv、电源频率4-8 khz的范围内能实现放电效果,在此条件下使用信号发生器(17)触发两个电源,使两个电源相位差为270°。
10.如权利要求9所述的双电源触发电场耦合的增强型介质阻挡放电装置,其特征在于:所述纳秒脉冲电源电压7 kv,频率6 khz,上升沿和下降沿50 ns;所述高频交流电源电压7 kv,频率6 khz。