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Polyimide Nanocomposites Filled with SiO2 Nanoparticles of Different Sizes for High-Temperature Energy Storage
ACS Applied Nano Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2023-12-11 , DOI: 10.1021/acsanm.3c04700 Sen Ren 1 , Yuanjie Zhao 1 , Li-Xia Pang 1 , Xiaolong Wang 1 , Di Zhou 2 , Wenbo Li 1 , Zhen Fang 1
ACS Applied Nano Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2023-12-11 , DOI: 10.1021/acsanm.3c04700 Sen Ren 1 , Yuanjie Zhao 1 , Li-Xia Pang 1 , Xiaolong Wang 1 , Di Zhou 2 , Wenbo Li 1 , Zhen Fang 1
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Most polymer-based film capacitors experience severe degradation in electrical performance in high-temperature environments, making thermal stability a crucial factor for their stable use. This study prepared nanocomposites of polyimide mixed with three different particle sizes of nano-SiO2 particles using in situ polymerization methods. The experiment showed that filling the composites with different particle sizes of nano-SiO2 nanoparticles suppressed the leakage current density and significantly increased the breakdown field strength under high-temperature conditions. The nanocomposite containing 3 vol % 20 nm-SiO2/PI nanoparticles with high specific surface area exhibited excellent electrical performance, with a discharge energy density of 5.34 J cm–3 at 550 MV m–1 and 150 °C and an efficiency of 86.3%. The composite material also had an optical bandgap of 2.59 eV. Finite element simulations proved the accuracy and reasonableness of the experimental data. This study further verifies that high specific surface area nanofillers can indeed maximize the electrical performance of the composites, providing an example of the role of ultrafine nanoparticles in enhancing the harsh environment energy storage properties of polymers.
中文翻译：
填充不同尺寸SiO2纳米颗粒的聚酰亚胺纳米复合材料用于高温储能
大多数聚合物薄膜电容器在高温环境下电气性能会严重下降，因此热稳定性成为其稳定使用的关键因素。本研究采用原位聚合方法制备了聚酰亚胺与三种不同粒径的纳米SiO 2颗粒混合的纳米复合材料。实验表明，在复合材料中填充不同粒径的纳米SiO 2纳米颗粒，可以抑制高温条件下的漏电流密度，并显着提高击穿场强。含有3 vol%高比表面积20 nm-SiO 2 /PI纳米粒子的纳米复合材料表现出优异的电性能，在550 MV m –1和150 °C下放电能量密度为5.34 J cm –3，效率为86.3 %。该复合材料的光学带隙也为2.59 eV。有限元模拟验证了实验数据的准确性和合理性。这项研究进一步验证了高比表面积纳米填料确实可以最大限度地提高复合材料的电性能，为超细纳米粒子在增强聚合物恶劣环境储能性能方面的作用提供了实例。
更新日期：2023-12-11
中文翻译：
填充不同尺寸SiO2纳米颗粒的聚酰亚胺纳米复合材料用于高温储能
大多数聚合物薄膜电容器在高温环境下电气性能会严重下降，因此热稳定性成为其稳定使用的关键因素。本研究采用原位聚合方法制备了聚酰亚胺与三种不同粒径的纳米SiO 2颗粒混合的纳米复合材料。实验表明，在复合材料中填充不同粒径的纳米SiO 2纳米颗粒，可以抑制高温条件下的漏电流密度，并显着提高击穿场强。含有3 vol%高比表面积20 nm-SiO 2 /PI纳米粒子的纳米复合材料表现出优异的电性能，在550 MV m –1和150 °C下放电能量密度为5.34 J cm –3，效率为86.3 %。该复合材料的光学带隙也为2.59 eV。有限元模拟验证了实验数据的准确性和合理性。这项研究进一步验证了高比表面积纳米填料确实可以最大限度地提高复合材料的电性能，为超细纳米粒子在增强聚合物恶劣环境储能性能方面的作用提供了实例。
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