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Innovative all-organic dielectric composite for dielectric capacitor with great energy storage performance based on thermodynamic compatibility

电介质 材料科学 电容器 复合材料 复合数 介电损耗 储能 高-κ电介质 介电吸收 介电谱 光电子学 电气工程 电压 电极 电化学 化学 功率(物理) 物理 量子力学 工程类 物理化学
作者
Yue Zhang,Xin He,Sen Li,Changhai Zhang,Yongquan Zhang,Tiandong Zhang,Xuan Wang,Qingguo Chi
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:158 (21)
标识
DOI:10.1063/5.0154440
摘要

In modern electronics and power systems, good-performance dielectric capacitors have an essential function. Polymer-based dielectrics are widely used in the field of dielectric capacitors because of their large dielectric constant, flexibility, low density, and ease of processing. At present, ferroelectric polymers suffer from low breakdown field strength and high dielectric losses. How to improve the performance of dielectric materials in capacitors is still a promising research. This paper chooses the ferroelectric polymer poly(vinylidene fluoride) (PVDF) that worked as the matrix, and the linear polymers polyimide, cyanoethyl pullulan (CR-S), polyethersulfone, and cyanoethylated cellulose served as fillers. This all-organic dielectric composite produced as films working in electrostatic energy storage devices is prepared by using a casting method. Analyzing the test results, the composite film exhibited excellent electrical properties when the CR-S doping content was 5 wt. %. The organic composite dielectric based on CR-S/PVDF has a breakdown field strength of 450 MV/m, a discharge energy storage density (Ue) of 10.3 J/cm3, a high dielectric constant of 10.9, and a low dielectric loss of 0.004 at 1 kHz, which is a significant improvement compared with other dielectric composites. This all-organic dielectric composite strategy offers a new approach to achieve better-performance dielectric energy storage materials.
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