Improved Energy Density and Energy Efficiency of Poly(vinylidene difluoride) Nanocomposite Dielectrics Using 0.93Na0.5Bi0.5TiO3-0.07BaTiO3 Nanofibers

材料科学 纳米复合材料 电介质 静电纺丝 复合材料 纳米纤维 陶瓷 铁电性 二氟 聚合物 聚合物纳米复合材料 光电子学 无机化学 化学
作者
Yuan Liu,Hang Luo,Di Zhai,Li Zeng,Zhida Xiao,Zhitao Hu,Xueying Wang,Dou Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (17): 19376-19387 被引量:35
标识
DOI:10.1021/acsami.2c00969
摘要

In modern electronic and power systems, it is essential to develop advanced dielectric materials with high energy density. One-dimensional ferroelectric ceramic nanofibers were proved to be a feasible strategy for improving the permittivity and energy density of nanocomposites. In this paper, to overcome the high loss issue of Na0.5Bi0.5TiO3 (NBT), a kind of novel nanofibers 0.93Na0.5Bi0.5TiO3-0.07BaTiO3 (NBT-BT) with large aspect ratio are synthesized by the electrospinning method and used as the dielectric fillers in trilayer structured poly(vinylidene difluoride) (PVDF) nanocomposites for energy storage applications. The finite element analysis is performed to evaluate the electric field distribution in the nanocomposites. The results showed that the trilayer structured nanocomposite loaded with 6 wt % NBT-BT nanofibers in the middle layer achieved the highest discharge energy density of 19.21 J cm-3 at 527 kV mm-1, which is 87.2% higher than that of pure PVDF (10.26 J cm-3 at 420 kV mm-1). Owing to the contribution of the barrier effect and interface polarization between adjacent layers, the energy density of the trilayer structured nanocomposites is significantly higher than that of the single-layer nanocomposites. This work provides a kind of novel one-dimensional ceramic fillers for obviously improving the energy density of polymer-based dielectrics.

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