Metallized stacked polymer film capacitors for high-temperature capacitive energy storage

材料科学 电容器 电介质 聚合物 薄膜电容器 脂环化合物 电场 驻极体 复合材料 光电子学 高分子化学 电压 电气工程 量子力学 物理 工程类
作者
Weibin Ren,Minzheng Yang,Mengfan Guo,Le Zhou,Jiayu Pan,Yao Xiao,Erxiang Xu,Nan Chen,Yang Shen
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:65: 103095-103095 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.103095
摘要

Metallized film capacitors towards capacitive energy storage at elevated temperatures and electric field extremes call for high-temperature polymer dielectrics with high glass transition temperature (Tg), large bandgap (Eg), and concurrently excellent self-healing ability. However, traditional high-temperature polymers possess conjugate nature and high S value (C/(H + O) ratio), which compromises Eg and self-healing properties. Herein, we provide a series of novel molecules-fully alicyclic polymers based on commercial Kapton PI (Al-PIs), which exhibit intrinsic decoupling conjugate and decreasing S, leading to high Eg and robust self-healing. The Al-PIs possess much increased Eg of 5.23 eV (Tg of 242 °C) or Eg of 5.01 eV (Tg of 280 °C) with a lowered S < 0.7, which approaches Eg of 5.93 eV and S of 0.5 for the commercial benchmark biaxially oriented polypropylene (BOPP) applied at low temperatures (≤70 °C). Consequently, Al-PI delivers a record discharge energy density with 90 % discharge efficiency (Uη90) of up to 8.04 J/cm3 at 150 °C, 5.74 J/cm3 at 200 °C, and 3.12 J/cm3 at 250 °C, respectively. Besides, Al-PI is capable of self-healing even at 200 °C. We also demonstrate a stacked Al-PI metallized film capacitor with discharge energy density up to 1.6 J/cm3 and discharge efficiency of 98 % at 150 °C. These results confirm that alicyclic polymers are promising candidates for high-performance dielectric films and capacitors under extreme thermal and electric field conditions.
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