Regulation of uniformity and electric field distribution achieved highly energy storage performance in PVDF-based nanocomposites via continuous gradient structure

纳米复合材料 电场 储能 材料科学 领域(数学) 电场梯度 分布(数学) 纳米技术 物理 数学 热力学 数学分析 量子力学 功率(物理) 纯数学
作者
Jian Wang,Baohui Wang,Pin Ma,Yifei Zhang,Honghong Gong,Biyun Peng,Sen Liang,Yunchuan Xie,Hailong Wang
出处
期刊:Chinese Chemical Letters [Elsevier BV]
卷期号:36 (4): 109714-109714 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.cclet.2024.109714
摘要

PVDF-based nanocomposites have gained significant focus in capacitors for their excellent dielectric strength, its multi-scale structural inhomogeneity is the bottleneck for improving the energy storage performance. Here, the composite components are optimized by the matrix modification, BST (Ba0.6Sr0.4TiO3) ceramic fibrillation and surface coating. A series of PVDF/polymethyl methacrylate/lysozyme@BST nanofibers with continuous gradient distribution (PF-M/mBST nf-g) are prepared by the concentration gradient-biaxial high-speed electrospinning. The finite element simulation and experiment results indicate that the continuous gradient structure is favorable for the microstructure and inhomogeneity of the electric field distribution, significantly increasing the breakdown strength (Eb) and the permittivity (εr), as well as effectively suppressing the interfacial injected charge and leakage current. As a result, the energy storage density (Ue) of 23.1 J/cm3 at 600 MV/m with the charge-discharge efficiency (η) of 71% is achieved compared to PF-M (5.6 J/cm3@350 MV/m, 65%). The exciting energy storage performance based on the well-designed PF-M/mBST nf-g provides important information for the development and application of polymer nanocomposite dielectrics.
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