Energy storage enhancement of P(VDF-TrFE-CFE)-based composites with double-shell structured BZCT nanofibers of parallel and orthogonal configurations

材料科学 复合材料 纳米纤维 复合数 铁电性 电介质 纳米复合材料 聚合物 极化(电化学) 储能 光电子学 量子力学 物理 物理化学 功率(物理) 化学
作者
Yue Zhang,Changhai Zhang,Yu Feng,Tiandong Zhang,Qingguo Chen,Qingguo Chi,Lizhu Liu,Xuan Wang,Qingquan Lei
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:66: 104195-104195 被引量:110
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2019.104195
摘要

Recent research in the development of flexible polymer dielectric materials for the conversion of electrical energy is springing up. A state-of-the-art energy-storage polymer-based composite with the potential of improving the performances (energy-storage density and efficiency) at the low electric field strength is proposed here. The ferroelectric polymer P(VDF-TrFE-CFE) (PVTC) blending with linear polymethyl methacrylate (PMMA) is used as the matrix to ensure higher polarization and lower energy loss. Meanwhile, the inorganic 0.5Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3 (BZCT) nanofibers work as the filler, and the double transition layers of core-shell structure (Al2O3+SiO2) serve as the interface. Finally, P(VDF-TrFE-CFE)-based composites with double-shell structured BZCT nanofibers of parallel and orthogonal configurations were fabricated. The effects of microstructure information (matrix, filler, interface) together with different configurations (parallel and orthogonal configurations) of [email protected]2O3@SiO2 nanofibers on the performances of nanocomposites were systematically and primarily discussed. Importantly, the Orthogonal [email protected]@S⊥PVTC + PM composite with 3 vol% [email protected]@S NFs possessed an excellent discharged energy density (~20.1 J/cm3) with charge-discharge efficiency of ~58.6% at ~440 kV/mm; meanwhile, the in-plane thermal conductivity of it reaches to ~0.33 W/(m·K). Referring to the experimental findings and simulation results, a mechanism related to rapidly polarized ferroelectric filler was proposed.

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