Bio-Based Poly(hydroxy urethane)s for Efficient Organic High-Power Energy Storage

化学 储能 电介质 介电常数 化学工程 高分子化学 功率(物理) 光电子学 热力学 物理 工程类
作者
Florian Le Goupil,Victor Salvado,Valère Rothan,Thomas Vidil,Guillaume Fleury,Henri Cramail,Étienne Grau
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (8): 4583-4588 被引量:19
标识
DOI:10.1021/jacs.2c12090
摘要

Fast, low-cost, and efficient energy storage technologies are urgently needed to balance the intermittence of sustainable energy sources. High-power capacitors using organic polymers offer a green and scalable answer. They require dielectrics with high permittivity (εr) and breakdown strength (EB), which bio-based poly(hydroxy urethane)s (PHUs) can provide. PHUs combine high concentrations of hydroxyl and carbamate groups, thus enhancing their εr, and a highly tunable glass transition (Tg), which dictates the regions of low dielectric losses. By reacting erythritol dicarbonate with bio-based diamines, fully bio-based PHUs were synthesized with Tg ∼ 50 °C, εr > 8, EB > 400 MV·m-1, and low losses (tan δ < 0.03). This results in energy storage performance comparable with the flagship petrochemical materials (discharge energy density, Ue > 6 J·cm-3) combined with a remarkably high discharge efficiency, with η = 85% at EB and up to 91% at 0.5 EB. These bio-based PHUs thus represent a highly promising route to green and sustainable energy storage.
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