Breaking high-temperature dielectric energy storage limits through suppression of charge carrier transport

材料科学 电介质 光电子学 电荷(物理) 储能 载流子 能量(信号处理) 凝聚态物理 电流(流体) 工作(物理)
作者
Lei Zhang,X Zhao,Xi Chen,Zhaoxin Ma,Bei Li,Mi Tang,Meng Shen,Xin qiao Zhang,Yongming Hu,Yunbin He,Qingfeng Zhang,Xiaoguang Li
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-026-74835-x
摘要

Aromatic polymers possess superior thermal stability, rendering them promising candidates for high-temperature polymer capacitors. However, they suffer from severe intra-and inter-chain charge transport under high temperatures and fields, leading to deteriorated capacitive performances. While blending and crosslinking strategies have been attempted, inherent conjugated planar structures in the polymer backbone and interchain donor-acceptor stacking limit their effectiveness. Herein, a strict electron migration locking strategy is enabled by incorporating strong Lewis acid tris(pentafluorophenyl)borane into the Lewis-basic aromatic polyetherimide. The synergistic effects of the coordination between tris(pentafluorophenyl)borane and the carbonyl oxygen of polyetherimide, hydrogen bonding, and steric hindrance of tris(pentafluorophenyl)borane, induce short-range acceptor-acceptor and donor-donor ordered arrangements between molecular chains, and twisted molecular conformation. Consequently, the polyetherimide composite with 4% by weight tris(pentafluorophenyl)borane exhibits an ultra-high discharged energy density of 10.2 J cm−3 at 7300 kV cm−1 and 150 °C, and 7.42 J cm−3 at 6300 kV cm−1 and 200 °C with an efficiency higher than 90%, outperforming existing polymer composites. The authors achieve high temperature dielectric energy storage properties in Lewis-basic aromatic polyetherimide/Lewis acid tris (pentafluorophenyl)borane composites via a strict electron migration locking strategy.
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