Modulating electron traps of PEI-based nanocomposites for superb capacitive performance over a broad temperature range

材料科学 电介质 热传导 纳米复合材料 大气温度范围 聚合物纳米复合材料 复合材料 焦耳加热 介电损耗 聚合物 热导率 光电子学 物理 热力学
作者
Xiangping Ding,Zhongbin Pan,Yu Cheng,Hanxi Chen,Zhicheng Li,Xu Fan,Jinjun Liu,Jinhong Yu,Jiwei Zhai
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:453: 139917-139917 被引量:36
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.139917
摘要

The thermal breakdown is a crucial factor leading to the failure of dielectric polymers owing to the production of a large amount of Joule heat derived from conduction loss and thermal accumulation, which becomes a technical bottleneck restricting the development of high-temperature electronic devices and equipment. Nevertheless, it is tough to minimize conduction loss and prevent premature heat degradation simultaneously when designing high-temperature resistant polymer-based energy storage dielectrics. Herein, PEI-matrix nanocomposites which core-shell structures of 2D BNNSs core and Al2O3 shell are prepared. Our result reveals that introducing the wide-band gap core-shell design into polymer generates trap energy levels, leading to a diminished conduction loss and a strengthened Schottky barrier. And high-thermal conductivity 2D nanofiller further promotes the dissipation of Joule heat and faster heat transfer, which eases deferring thermally assisted electrical breakdown of the dielectric giving rise to an excellent high-temperature capacitive performance. As a result, an outstanding discharged energy density (Ud) of 5.74 J/cm3 is achieved at 525 MV/m and 150 °C while efficiency (η) is 91.5 %, which outperforms most of the commercial high-temperature polymers. This work promotes the development and application of polymeric nanocomposite films appliable elevated temperatures.
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