كثافة الطاقة الكهربائية العالية للغاية والكفاءة في البوليمر النانوي المركب المتدرج القائم على البولي إيثيريميد

الملخص: المواد العازلة عالية الأداء في تخزين الطاقة مطلوبة بشدة لزيادة تخزين الطاقة بحجم مضغوط، ودمج الإلكترونيات الحديثة. ومع ذلك، فإن التحدي المستمر هو تحقيق كل من الكفاءة العالية (η) وكثافة الطاقة العالية (Ue). هنا، يتم تقديم مركب نانوي قائم على البولي إيثيريميد (PEI) متعدد الطبقات (خمس طبقات) ذو تصميم متدرج. تختلف هذه التركيبة عن الهياكل التقليدية (تعديل حجم ممتلئ الفضاء)، حيث يتم إنشاء واجهات متدرجة متعددة المراحل من خلال تعديل أحجام جزيئات نانوية من التيتانات البارية (BaTiO3 NPs) بحيث تتناقص من الأعلى إلى الأسفل بشكل متتابع. في هذه التركيبة، يتم تثبيت ثلاث طبقات BaTiO3 NPs/PEI بواسطة طبقتين من نانو أوراق نيتريد البورون (BNNSs)/PEI. تم إثبات أن الهيكل المتدرج يمكنه تقليل الانهيار وتوفير قطبية سطحية عالية في نفس الوقت. وكنتيجة لذلك، يتمتع المركب النانوي بزيادة في Ue تبلغ 16.38 جول/سم³، وكفاءة عالية للغاية تبلغ 97.79%، وهو ما يتجاوز بكثير المركبات النانوية البوليمرية المبلغ عنها سابقاً. علاوة على ذلك، فإن هذا المركب النانوي يظهر أيضاً أداءً مرضياً في تخزين الطاقة عند درجات حرارة مرتفعة، حيث يحقق Ue يبلغ 7.36 جول/سم³ وη تبلغ 83.12% عند 150 درجة مئوية. يفتح تصميم الهيكل المتدرج هذا طريقاً جديداً لاستكشاف مركب نانوي بوليمري عالي الأداء بمستويات عالية جداً من Ue وη.