Improved breakdown strength and energy storage performances of PEI-based nanocomposite with core-shell structured PI@BaTiO3 nanofillers

材料科学 纳米复合材料 壳体(结构) 芯(光纤) 复合材料 圆周率 储能 热力学 几何学 数学 物理 功率(物理)
作者
Junyang Zeng,Jingjing Yan,Bao-Wen Li,Xin Zhang
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:48 (14): 20526-20533 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2022.04.017
摘要

High dielectric constant ( ε r ) inorganic nanoparticles reinforced dielectric polymer nanocomposites have been intensively investigated for energy storage applications in current electrical and electronic systems. Although the incorporation of high- ε r inorganic nanoparticles can improve the ε r of the composites to a certain extent, it will also greatly reduce the overall breakdown strength ( E b ) of the materials, which ultimately hinders the effective improvement of the energy storage density of the composites. In this paper, an approach is developed to modify high- ε r BaTiO 3 (BTO) nanoparticles with polyimide (PI) polymer shells (PI@BTO) through an in-situ polymerization process in the polyetherimide (PEI)-based nanocomposites. The constructed PI shell improves the compatibility of the inorganic/organic interface, resulting in a uniform dispersion of nanoparticles in the PEI matrix. In particular, the spontaneous electrostatic interaction between polymer chains in the PI shell and PEI matrix enables an increased E b of the PEI/PI@BTO nanocomposite over the pure PEI, which leads to a high energy storage density ( U e ) of 6.2 J/cm 3 and a high charge-discharge efficiency (η) above 80% in the PEI nanocomposites, with an enhancement of 150% over pure PEI. In this paper, a convenient and efficient interfacial modification technique is provided for the development of flexible high energy storage density polymer/inorganic nanoparticle composites for dielectric and energy storage applications.
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