Enhanced Energy Storage Properties of Polypropylene through Crystallization Modulation

电介质 电容器 聚丙烯 储能 材料科学 薄膜电容器 介电损耗 复合数 复合材料 光电子学 电压 电气工程 物理 工程类 量子力学 功率(物理)
作者
Xiaodong Zhu,Wenxiong Chen,Meng Pan,Xi Zhou,Yang Zhang,Lijie Dong
出处
期刊:ACS applied polymer materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (8): 4808-4817 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acsapm.4c00456
摘要

Polypropylene (PP), renowned for its high breakdown strength (E), low dielectric loss (tan δ), and excellent self-healing properties, is widely utilized as the state-of-the-art dielectric polymer in power capacitors and green electric vehicles. However, the low dielectric constant (K) and limited discharged energy density (Ue) of polypropylene hinder the development of dielectric capacitors in miniaturization and integration. Here, a scalable polypropylene-based dielectric film with excellent energy storage properties comprising the lanthanide functional fillers (WBG) has been prepared using a melt extrusion process. Remarkably, the composite film with only 0.10 wt % of WBG demonstrates a high Ue of 7.05 J/cm3 and an ultrahigh charge–discharge efficiency (η) of 99.6% at 581.6 MV/m, coupled with long-term cyclic dielectric stability. The enhanced energy storage properties have been systematically analyzed and attributed to the formation of the β-crystalline phase and enhanced polarization induced by WBG. In a practical application demonstration, dielectric capacitors constructed from extruded composite films display stronger brightness, exhibiting a higher capacity than pure PP capacitors. This work provides a strategy to fabricate polypropylene dielectric films with excellent energy storage properties on an industrial scale.
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