Negatively Charged Nanosheets Significantly Enhance the Energy‐Storage Capability of Polymer‐Based Nanocomposites

材料科学 纳米复合材料 电容器 电介质 聚合物 聚合物纳米复合材料 介电强度 电场 储能 复合材料 光电子学 电压 电气工程 功率(物理) 工程类 物理 量子力学
作者
Zhiwei Bao,Chuangming Hou,Zhonghui Shen,Haoyang Sun,Genqiang Zhang,Zhen Luo,Zhizhan Dai,Chengming Wang,Xiaowei Chen,Liangbin Li,Yuewei Yin,Yang Shen,Xiaoguang Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (25) 被引量:190
标识
DOI:10.1002/adma.201907227
摘要

Abstract Polymer‐based dielectric materials play a key role in advanced electronic devices and electric power systems. Although extensive research has been devoted to improve their energy‐storage performances, it is a great challenge to increase the breakdown strength of polymer nanocomposites in terms of achieving high energy density and good reliability under high voltages. Here, a general strategy is proposed to significantly improve their breakdown strength and energy storage by adding negatively charged Ca 2 Nb 3 O 10 nanosheets. A dramatically enhanced breakdown strength (792 MV m −1 ) and the highest energy density (36.2 J cm −3 ) among all flexible polymer‐based dielectrics are observed in poly(vinylidene fluoride)‐based nanocomposite capacitors. The strategy generalizability is verified by the similar substantial enhancements of breakdown strength and energy density in polystyrene‐based nanocomposites. Phase‐field simulations demonstrate that the further enhanced breakdown strength is ascribed to the local electric field, produced by the negatively charged Ca 2 Nb 3 O 10 nanosheets sandwiched with the positively charged polyethyleneimine, which suppresses the secondary impact‐ionized electrons and blocks the breakdown path in nanocomposites. The results demonstrate a new horizon of high‐energy‐density flexible capacitors.
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