2D介电纳米板的接口工程,以提高基于聚乙烯化物的纳米复合材料的储能性能,具有高电荷-放电效率

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 聚合物科学 聚合物科学
• 纳米技术纳米技术

背景情况:

• 聚乙烯化物 (PVDF) 由于其高能量密度和机械性能,是用于储能设备的有希望的材料.
• 在高电场下的导电损失限制了PVDF在储能应用中的效率.
• 二维 (2D) 纳米涂料可以通过阻断电荷注入和减少导电损失来改善介电聚合物性能.

研究的目的:

• 探讨2D氧化物纳米片具有不同的介电常数和带间的对PVDF储能性能的影响.
• 研究紫外线 (UV) 辐射在进一步提高基于PVDF的复合材料性能方面的作用.
• 开发高能量密度和高效率的基于PVDF的聚合物材料用于储能.

主要方法:

• 将2D氧化物纳米片 (Ti_0.87O₂,Ca₂Nb₃O₁₀,和蒙莫里隆石 (MMT)) 纳入PVDF薄膜.
• PVDF-MMT和PVDF-Ca₂Nb₃O₁₀复合膜的能量储存密度和效率的表征.
• 在PVDF-MMT复合材料中应用紫外线辐射来诱导陷中心并抑制电荷导电.

主要成果:

• 在PVDF-Ca₂Nb₃O₁₀薄膜下,由于较高的肖特基屏障,在720 MV m^{-1下实现了26.4 J cm-3的放电能量密度 (U_d).}
• PVDF-MMT电影显示了类似的26.8 J cm-3在720 MV m-1的效率 (η) 超过80%.
• 经过UV处理的PVDF-MMT复合膜在750 MV m-1时达到29.1 J cm-3的效率为78.3%,表现出更高的性能.

结论:

• 2D纳米板的介电常数和带隙对于优化PVDF复合材料的能量存储密度和效率至关重要.
• 对于有效的PVDF复合设计,介电常数和带隙之间的平衡是必要的.
• 紫外线照射是一种有效的策略,可以进一步增强基于PVDF的材料,用于高性能储能应用.