通过设计铋层结构填料，在基于PVDF的纳米复合材料中同时实现优异的能量存储性能和热稳定性

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Achieving excellent energy storage performance and thermal stability simultaneously in PVDF-based nanocomposites by designing the bismuth layer-structured fillers

　　

摘要

基于聚合物的介电材料具有多种优势，包括高功率密度和快速充放电速度，这使得它们可以广泛应用于各个领域。然而，其固有的低能量密度限制了其在储能领域的应用。为了解决这一问题，本研究引入了新型的铋层状Bi₂LaTiNbO₉（BLTN）纳米片作为无机填料，用于设计和制备基于PVDF的储能薄膜。BLTN的中等介电常数有助于缓解由于高介电性铁电填料与聚合物基体之间的介电不匹配所导致的不均匀电场分布。BLTN中的[Bi₂O₂]²⁺层起到绝缘壳的作用，抑制自由电子的移动，从而降低聚合物基体内的漏电流和传导损耗。[LaTiNbO₇]^2?极化层有助于增强极化强度。此外，BLTN纳米片较高的带隙（E_g）进一步提高了基于聚合物的材料的击穿电场强度。因此，1.5 wt%的BLTN-P(VDF-HFP)纳米复合薄膜在580 kV/mm的电场强度下实现了25.1 J/cm³的出色可恢复能量密度和78.6%的能量效率，显著优于纯P(VDF-HFP)。另外，1.5 wt%的BLTN-P(VDF-HFP)复合薄膜在25–125°C的温度范围内也表现出优异的热稳定性。这些结果表明，铋层状BLTN纳米片是用于基于PVDF的储能材料的高效填料，为开发先进的柔性纳米复合储能薄膜提供了更大的设计灵活性。