The scalable and high performance polyimide dielectrics containing alicyclic structures for high-temperature capacitive energy storage

脂环化合物 材料科学 聚酰亚胺 电介质 复合材料 高分子化学 电容器 化学工程 光电子学 图层(电子) 电压 电气工程 工程类
作者
Shiqi Yu,Jinlong Zhou,Ao Xu,Junjie Lao,Hang Luo,Sheng Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:469: 143803-143803 被引量:45
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.143803
摘要

Polyimide (PI) dielectrics have attracted much attention in the field of film capacitors because of outstanding high temperature resistance, well film-forming and mechanical properties. However, high conductive loss leads to low energy density and efficiency at elevated temperatures, which is caused by the conjugation effect of the benzene ring on the main chain of PI. In order to solve this problem, a semi-aromatic PI with alicyclic structure is designed and prepared. Compared with the all-aromatic PI (Kapton), the semi-aromatic PI exhibits much higher discharge energy density (Ud) and efficiency (η) at room temperature and high temperature. In particular, at the classical operating condition, i.e. 200 MV m−1 and 150 °C, the Ud (0.78 J cm−3) is nearly twice that of biaxially oriented polypropylene (BOPP) (0.4 J cm−3) and the η of 95% is achieved in the semi-aromatic PI. Based on the experimental data, the concept of charge transfer complex and simulation results, alicyclic structure in the main-chain of PI not only can avoid the formation of electron channels due to staggered stack of benzene rings, but also can increase the bandgap width, resulting in the increment of breakdown strength and the decrement of conductive loss. This work demonstrates that the semi-aromatic PI dielectrics containing alicyclic structure are ideal energy storage materials used in the extreme condition.
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