氮化硼层如何提高能量储存在聚合物复合材料吗?

最近的一篇论文发表在杂志上应用表面科学欧洲杯线上买球了一项新策略来提高能量密度(U_e在电介质材料。欧洲杯足球竞彩

研究:显著提高储能特性与自组装层氮化硼sandwich-structured聚合物复合材料。图片来源:ogwen / Shutterstock.com

背景

电介质的需求和低损耗和高_e大幅增加在高电场能量存储应用程序与现代电力系统的快速发展。

在不同介质材料、聚合物材料在商业应用吸引了相当多的关注由于其非欧洲杯足球竞彩凡的属性,如良好的灵活性和简单处理。然而,美国_e足够的介电常数(ε的聚合物薄膜电容器_r)是极低的,因为它取决于特殊的自愈性能和高E_b的电容器。

低你_e金属化的聚合物薄膜电容器限制他们的使用在几个应用程序,这需要高的电介质的发展_e。例如,双轴取向聚丙烯(BOPP),一个共同的商业聚合物电介质电容器,显示低U_e2 - 3 J /厘米³在高电场。

尽管美国_e电容器主要取决于两个E_b和ε_r,E_b其中一个更重要的因素是由于二次与美国的关系_e。然而,高E_b欧洲杯足球竞彩材料,如聚合物通常有一个低ε_r,而高ε_r欧洲杯足球竞彩材料通常有一个低E_b。这一因素增加了改善美国的挑战_eE之间保持平衡_b和ε_r仍然是极其困难的。

高ε_r导电填料或陶瓷可以引入到聚合物基体增强_e。聚偏二氟乙烯(PVDF),一个常用的聚合物基体,具有高ε_r但由于存在一个高度极性氟键和一个健壮的偶极矩。

此外,一些陶瓷,如锆钛酸铅(压电)和钛酸钡(BT),用于合成复合电介质也拥有大幅高ε_r而聚合物。可以组合使用这些陶瓷和复合电介质PVDF-like聚合物在2 - 2,1 - 3和0 - 3模式基于陶瓷粒子的分散/填料在聚合物基体中。欧洲杯猜球平台

然而,大不同电导率和ε_r在这些复合材料可能会导致不均匀的电场,导致低E_b和高传导损失。尽管陶瓷颗粒/填料的表面改性可以提高E欧洲杯猜球平台_b在某种程度上,传统复合电介质捏造的总体能量储存性能在0 - 3模式仍不令人满意的商业应用。

一些无机材料具有高能带,如六角氮化硼欧洲杯足球竞彩(h-BN)和铝氧化物,可以引入复合电介质克服低E的问题_b。这些高能带材料可以与聚合物混合矩阵在一欧洲杯足球竞彩层结构或0 - 3模式延长导电线路综合费用的增加_b。

属于高能带无机材料,剥落了h-BN与二维(2 d) graphen欧洲杯足球竞彩e-like层结构展现出了强大的屏障作用由于其优秀的E_b、低ε_r和大型禁止隙。因此,添加h-BN BN nanosheets形式(bnn)等复合电介质PVDF / BT与优化组合可以有效地提高Eb。

然而,三国的生成不同的接口材料可以使电场分布和引起不良反应,从而导致不可预测性在能源存储的性能。欧洲杯足球竞彩这个问题可以被解决通过添加一层结构的BN复合电介质。

这项研究

在这项研究中,研究人员制造硼nitride-poly(亚乙烯基fluoride-co-hexafluoropropylene) /氮化钡titanate-boron (BN-P (VDF-HFP) / BT-BN)复合介质能量存储应用程序和评估其有效性。P (VDF-HFP) / BT复合膜是由十亿层涂层获得sandwich-structured介电复合。

BN薄膜合成使用油水界面自组装过程。最初,BN粉与正己烷混合受到声波降解法10分钟,并再次获得悬架是受到tip-sonication收集bnn 6 h。随后,获得bnn逐渐被困在水/己烷接口,导致统一和连续BN薄膜的形成。最终,获得BN被转移到70年载玻片和脱水^oC。

P (VDF-HFP)和BT纳米粒子溶解在N,欧洲杯猜球平台 N-dimethylformamide (DMF)声波降解法并积极获取稳定的悬浮搅拌。随后,暂停对BN薄膜涂布眼镜制造双层P (VDF-HFP) / BT-BN复合材料。双层复合材料被加热的玻璃幻灯片,享年70岁^oC完全挥发溶剂剥离前的电影幻灯片。

sandwich-structured介电复合材料获得使用热压方法,BN层在哪里放置的底部和顶部表面P (VDF-HFP) / BT。单层P (VDF-HFP) / BT复合材料也被伪造和研究中作为参考。BT的质量内容被设定为5 wt %, 3 wt %,和1 wt % BN-P (VDF-HFP) / BT-BN, P (VDF-HFP) / BT-BN,和P (VDF-HFP) / BT复合材料,分别。

透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM), x射线衍射(XRD)方法被用来描述样本。Novocontrol概念80年汽车承受电压测试仪,总理二铁电测试系统被用来描述介电性能和测量E_b分别和电流密度。

观察

BN-P (VDF-HFP) / BT-BN复合材料与小说sandwich-structured设计制造成功,中间层和外层的复合材料含有BT和自组装BN电影,分别。装配式复合显示异常_e由于同时改进E_b和ε_r。

外BN层具有高绝缘抵制电荷注入,而中产BT层与高ε_r增加了复合材料的电极化。BN层起到了至关重要的作用在显著提高_e和E_bBN-P (VDF-HFP) / BT-BN复合材料通过减少漏电流密度和电场的允许重新分配。

优化BN-P (VDF-HFP) / BT-BN复合3 wt %的BT证明高_e19.4 J /厘米³在550 MV / m,这几乎是单层的1.9倍和2.3倍P (VDF-HFP)电影和原始(VDF-HFP)。有限元结果表明,sandwich-structure-like设计的复合材料在改善美国发挥了重要作用_e和E_b。

综上所述,本研究的结果显示的潜力BN-P (VDF-HFP) / BT-BN复合材料作为一种高性能静电电容器。此外,研究还显示一个有效而新颖的策略准备和设计先进的多层电介质异常储能特性。

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源

魏、X。谢,Y。李,J。等。显著提高储能特性与自组装层氮化硼sandwich-structured聚合物复合材料。应用表面科学欧洲杯线上买球2022年。https://www.欧洲杯线上买球sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433222012235?via%3Dihub

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