Fabrication of cellulose-based dielectric nanocomposite film with excellent energy storage performance via codissolution-regeneration method

制作 纳米复合材料 材料科学 电介质 纤维素 储能 再生(生物学) 复合材料 化学工程 光电子学 工程类 物理 病理 细胞生物学 功率(物理) 生物 医学 替代医学 量子力学
作者
Sufeng Zhang,Jiaqi Liu,Qing Guo,Ning Wei,Yating Ning,Yuhan Bai,Ye Tian,Tong Wang,Zixiong Sun,Yongping Pu
出处
期刊:Composites Part A-applied Science and Manufacturing [Elsevier BV]
卷期号:165: 107329-107329 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.compositesa.2022.107329
摘要

The extensive use of petroleum-based dielectric composites has caused many environmental problems, which has forced us to turn our attention to biodegradable materials. In this study, cotton cellulose and PVDF were codissolved and regenerated as a matrix film in an elaborate way, and barium titanate (BT) nanoparticles were added to ensure high energy storage performance. Strong hydrogen bonds formed between the fluorine atoms of PVDF and the abundant hydroxyl groups of cellulose molecules, which were more robust than their own intramolecules; these strong hydrogen bonds promoted polarization intensity, thus improving the energy storage density of the matrix (from 6.50 J/cm3 @3.20 MV/cm of pristine PVDF film to 8.29 J/cm3 @3.20 MV/cm). Upon the addition of BT nanofillers, the cellulose/PVDF-BT ternary film exhibited an impressive breakdown strength (3.70 MV/cm) and a giant energy storage density (10.81 J/cm3). In addition, the composite film possessed excellent tensile strength (∼60 MPa). The electrical breakdown behavior was confirmed and visualized by finite element simulation. Significantly, our work has instructive implications for fabricating flexible energy storage devices based on renewable bioresources.
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