Nanoclay Reinforced Polymer Composite Dielectrics for Ultra‐Balanced Electrostatic Energy Storage

材料科学 电介质 电荷密度 光电子学 聚合物 复合数 纳米复合材料 纳米技术 电场 化学物理 复合材料 物理 量子力学
作者
Xiaozheng Liang,Quan Li,Yangjun Ren,Weimin Xie,Aidong Tang,Huaming Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (48) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adfm.202408719
摘要

Abstract The vast energy storage potential of polymer composite dielectrics in high pulse power sources stands in stark contrast to the unbalanced improvements in discharge energy density (U d ), charge–discharge efficiency (η), and dielectric strength (E b ) as reported currently. Herein, a multistage coupled interface engineering design is proposed: a novel gradient alternating dielectric buffer layer (G‐A‐DBL) is constructed, which consists of inorganic low‐k nanoclay aluminosilicate layer and high‐k ferroelectric layer assembled in a highly oriented alternation as a basic unit and gradient distribution in polymer matrix. This design achieves electric field confinement from the nanoscale to the macroscopic level and achieves an ultra‐balanced enhancement effect, resulting in a U d of 28.5 J cm −3 , an η of 80%, and an E b of 676 kV mm −1 . The universal charge retention ability of charge traps from aluminosilicate heterogeneous skeletons is demonstrated by combining density functional theory calculations and scanning probe measurements. The G‐A‐DBL design integrates traditional charge trapping, heterostructure formation, and gradient modulation, effectively suppressing the entire process of carrier excitation, transport, and before capture. This work advances the basic understanding of charge confinement within inorganic interface charge traps, demonstrating the most well‐balanced enhancement effect and potential for broad application across dielectric polymer nanocomposites.
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