發(fā)展趨勢(shì)

隨著對(duì)高分子聚合物的擊穿機(jī)理和金屬化電極自愈機(jī)理研究的深入，一些新的材料和工藝已經(jīng)或逐漸應(yīng)用于電容器領(lǐng)域。

分割電極金屬化膜

分割電極金屬化膜的應(yīng)用大大延伸了自愈的概念，為電容器提供了二次保護(hù)，故稱其為安全膜。安全膜采用分塊蒸鍍和非均勻蒸鍍技術(shù)制成，由無數(shù)分割的膜塊組成，不同膜塊間僅以很細(xì)的蒸鍍金屬絲相連（見圖3）。一種安全膜電容器結(jié)構(gòu)見圖4，當(dāng)某一膜塊中發(fā)生擊穿時(shí)，擊穿點(diǎn)會(huì)發(fā)生自愈;而未擊穿膜塊中的電荷通過金屬絲流向擊穿的膜塊，金屬絲被大電流瞬間蒸發(fā)從而隔斷了擊穿膜塊與周圍的電氣連接，實(shí)現(xiàn)二次保護(hù)，確保電容器的良好自愈（見圖5）。安全膜的應(yīng)用克服了普通金屬化膜電容器自愈部份易2次擊穿的缺陷，使儲(chǔ)能介質(zhì)可在接近其極限場(chǎng)強(qiáng)下工作，大大提高了電容器的儲(chǔ)能密度及安全性能。

研究表明，稍遠(yuǎn)一些膜塊金屬絲的斷開不是受熱蒸發(fā)所致，而是因薄膜與蒸鍍金屬之間的熱膨脹系數(shù)不同所產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力造成。如何選擇最佳的金屬化蒸鍍方案和改善蒸鍍金屬與基膜之間的附著狀況還有待深入研究。ABB公司的研究表明，選擇合適的介質(zhì)薄膜可提高電容器壽命10倍以上，而成功的金屬化電極設(shè)計(jì)可以提高電容器壽命6倍以上。

復(fù)合膜的應(yīng)用

目前應(yīng)用于金屬化電容器的薄膜有聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚偏二氟乙烯等，這些材料各有優(yōu)缺點(diǎn)，它們的介質(zhì)電容器儲(chǔ)能密度都已達(dá)到或接近極限值。復(fù)合介質(zhì)膜是一種新型的儲(chǔ)能介質(zhì)，其原理是在一層基膜上復(fù)合一層很薄的介質(zhì)材料使其具有更優(yōu)異的性能。不同復(fù)合材料的特性也不同。現(xiàn)正研發(fā)用于電容器的復(fù)合膜如復(fù)合陶瓷薄膜、復(fù)合PVDF膜及金剛石薄膜等都有非常優(yōu)異的電氣性能。其中金剛石復(fù)合薄膜是在介質(zhì)基膜上蒸鍍一層薄的金剛石涂層形成，它兼具優(yōu)良的電、熱傳導(dǎo)性能及化學(xué)穩(wěn)定性而備受矚目。用其制成的電容器尤其適用于高儲(chǔ)能密度領(lǐng)域。復(fù)合膜電容器由于成本等原因現(xiàn)停留在實(shí)驗(yàn)室階段

改善端部的接觸

金屬化電極結(jié)構(gòu)電容器端部噴金的接觸限制了電容器在很多領(lǐng)域，特別是大電流陡脈沖放電領(lǐng)域的應(yīng)用。端部噴金與電極邊緣接觸的惡化也是金屬化電容器失效的主要原因之一。高儲(chǔ)能密度脈沖電容器端部噴金接觸的惡化受諸如放電電流的熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)以及電極邊緣的局部放電等因素的影響。在同樣熱效應(yīng)的情況下，峰值電流大的電流脈沖引起的端部接觸的破壞較大。

增大噴金與電極的接觸面及改善電極邊緣電場(chǎng)分布（如采用油浸漬結(jié)構(gòu)）的方法都是有效的。前者可采用電極邊緣加厚的方式。Averovox公司用雙面金屬化聚酯膜做電極，聚丙烯膜做介質(zhì)結(jié)構(gòu)的電容器端部通流能力和耐高溫性能更好。

與復(fù)合膜類似，復(fù)合噴金材料也可改善端部通流能力。在噴金時(shí)先噴一層低熔點(diǎn)的金屬（如鋅或錫），因其電阻率較高，待其凝固和冷卻后再噴一層低電阻率的材料（如銅）。雖然銅的熔點(diǎn)高很，但它不是直接噴在金屬化膜上，因而避免了對(duì)膜的損傷。二者采用合適的比例即可大大降低因端部接觸引起的發(fā)熱，提高電容器的通流能力。

隨著材料科學(xué)的進(jìn)步、大量新型電介質(zhì)材料的出現(xiàn)以及工藝的改進(jìn)，儲(chǔ)能密度2～3kJ/L的電容器可望投入使用。