Enhancing energy storage performance of polyethylene via passivation with oxygen atoms through C–H vacancy carbonylation

材料科学 钝化 氧气 聚乙烯 空位缺陷 化学工程 光化学 纳米技术 有机化学 结晶学 复合材料 工程类 化学 图层(电子)
作者
Jiangheng Jia,Zhizhan Dai,Songlin Ding,Yiwei Wang,Shengchun Shen,Ying Hou,Yuewei Yin,Xiaoguang Li
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier]
卷期号:42: 101553-101553 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2024.101553
摘要

Low energy density of polymer film capacitors is regarded as one of the most serious drawbacks facing growing demands for equipment integration and miniaturization. Herein, ultraviolet light and ozone (UVO) surface modification is utilized to simultaneously improve dielectric constant and breakdown strength of polyethylene (PE) films. As a result, after 3 minutes of UVO treatment, an enhanced recoverable energy density of 4.79 J/cm3 with a charge-discharge efficiency of >95% is obtained under 650 MV/m at room temperature (RT). Significantly, stable energy storage performance under 200 MV/m maintains throughout a broad temperature range from -90°C to 90°C and during 20000 cycles of charge-discharge procedures. According to first-principles calculations and thermally stimulated depolarization current measurements, formation of carbonyl groups (C=O) after UVO treatment could effectively passivate initial deep-level defect states caused by H vacancies, which explains the improvement in capacitive energy storage. Moreover, the metalized UVO-modified PE exhibits valuable breakdown self-clearing ability, and the self-cleared specimen maintains stable energy storage performance over 20000 cycles at 200 MV/m and RT. This work offers an effective and user-friendly method for enhancing comprehensive dielectric characteristics of PE-based materials, potential for applications in modern power systems and electronic devices.
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