Im Gegensatz zu herkömmlichen Energiespeichergeräten bei Raumtemperatur kann in geschichteten Nanokompositen bei erhöhten Temperaturen eine ausgezeichnete Energiespeicherleistung erzielt werden. Um die theoretischen Grundlagen dieser Kapazität aufzudecken, wird ein neuartiges hierarchisches Homogenisierungsmodell der komplexen Permittivität mit doppelter Thermodynamik für temperatur- und frequenzabhängige Energiespeicherung vorgeschlagen. Drei Kategorien thermischer Effekte werden untersucht, darunter thermische Ausdehnung, temperaturabhängige funktionale Oberflächeneffekte und thermische Schädigung. Die Prinzipien der doppelten Thermodynamik für thermische Schädigung und dielektrischen Durchbruch werden für die geschichteten Graphen/Polymer-Nanokomposite etabliert. Die Entwicklungen dieser beiden Prozesse werden über die irreversible Thermodynamik und das Prinzip der elektrischen Wärmeäquivalent-Energiedichte bestimmt. Auf dieser Basis wird die vorhergesagte maximale Energiespeicherdichte mit dem Experiment der geschichteten Graphen/PANF (phosphorvernetztes Aramidnanofaser) Nanokomposite über einen breiten Temperaturbereich kalibriert. Die Umgebungstemperatur und Frequenz zeigen einen starken Einfluss auf die effektive Permittivität und die Energiespeicherleistung der Nanokomposite. Die Energiespeicherkapazitäten können durch das Volumenverhältnis und das Seitenverhältnis von Graphen angepasst werden. Diese Forschung bietet Leitlinien für das mikrostrukturelle Design von Energiespeichergeräten der nächsten Generation unter extremen Umweltbedingungen. • Temperaturabhängige Energiespeicherung wird für geschichtete Nanokomposite untersucht. • Ein hierarchisches thermoelektrisch gekoppeltes Homogenisierungsschema wird für die komplexe Permittivität abgeleitet. • Doppelte Thermodynamikprinzipien werden für thermische Schädigung und dielektrischen Durchbruch abgeleitet. • Temperaturabhängige funktionale Oberflächeneffekte werden untersucht. • Temperatur und Frequenz haben einen kombinierten Einfluss auf die Energiespeicherleistung.
Xia et al. (Mon,) haben diese Frage untersucht.