《JMCA》高储能密度聚合物基复合材料的研究进展

在人类社会发展的进程中，能源的开发与利用扮演着至关重要的角色。在化石燃料日渐枯竭与环境问题日益突出的今天，开发环境友好的能量转换与储能技术成为世界范围内关注的焦点。在众多储能器件中，聚合物基薄膜电容器具有最高的功率密度和最快的充放电响应时间，目前已应用于可再生能源转化储存、混合动力汽车等领域。然而，传统聚合物材料较低的储能密度已不能满足目前电子工业发展中对电子器件小型化和集成化的要求。

近日， 西安交通大学 汪宏教授 课题组 针对上述问题设计并制备了一种具有高储能密度及高放电效率的三明治结构BaTiO ₃ /PVDF纳米复合材料薄膜。研究表明，通过调节不同层中陶瓷填料的体积分数，三明治复合材料薄膜的储能特性可被大幅优化提升，其耐击穿场强与储能密度分别提高为纯聚合物材料的1.5倍和2倍 。更为重要的是，该三明治 BaTiO ₃ /PVDF薄膜的放电效率在400 MV/m的高电场下仍可高达70%，这一性能优于之前所有报道的三明治结构陶瓷/聚合物复合材料。与此同时，结合有限元仿真结果，他们发现三明治层状结构设计可实现电场在各层中的不均匀分布，高介电层中的弱电场区对击穿电树枝的阻碍及电导损耗的抑制都发挥了重要作用，是三明治结构薄膜高击穿场强与高放电效率的关键来源。该研究工作为进一步开发和利用高储能密度介电材料提供了新思路。

该成果发表于Journal of Materials Chemistry A，论文第一作者为西安交通大学的在读博士研究生 王轶飞 。

参考文献：

Wang Y, Cui J, Wang L, et al. Compositional Tailoring Effect on Electric Field Distribution for Significantly Enhanced Breakdown Strength and Restrained Conductive Loss in Sandwich-Structured Ceramic/Polymer Nanocomposites[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2017, 5. 4710, DOI: 10.1039/c6ta10709e

链接：

http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2017/ta/c6ta10709e

来源：X-mol

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