Manipulating fluorine induced bulky dipoles and their strong interaction to achieve high efficiency electric energy storage performance in polymer dielectrics

电介质 材料科学 偶极子 聚合物 电场 储能 介电损耗 极化(电化学) 化学物理 光电子学 化学 有机化学 物理化学 复合材料 热力学 功率(物理) 物理 量子力学 冶金
作者
Yipin Cheng,Qinglong Ji,Bofeng Zhu,Xiao Zhang,Honghong Gong,Zhicheng Zhang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:476: 146738-146738 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.146738
摘要

The pursuit of polymer dielectrics with elevated energy density frequently results in heightened energy loss, thereby hindering practical applications. To decouple the dependence of the high energy loss on the high energy storage performance, based on theoretical simulations, a bulky polar unit constructed from a fluorine atom substituted phenyl ring (4-FSt) is designed and copolymerized with methyl methacrylate (MMA). The fluorine atom is found to induce the dipole formation by deforming π-conjugated electrons distribution on the phenyl ring, which favors reversible polarization behaviors instead of conventional dipole orientation polarization under AC electric field and enhances the energy density of polymers. Meanwhile, the introduction of fluorine atoms possessing electron-withdrawing properties is confirmed to increase the electrons capturing ability and the dipole interactions, which significantly reduces the leakage conduction and orientation relaxation induced energy loss. As a result, the rather high energy discharging efficiency (over 88 %) could be finely maintained up to 825 MV m−1, and a discharge energy density of 16.6 J cm−3 is obtained, which exhibits significant advances over the reported polymer dielectrics. This work presents the first practice to decouple the dependence of high energy storage and energy loss in polymer dielectrics by manipulating the fluorine effect.
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