Superior Capacitive Energy Storage Enabled by Molecularly Interpenetrating Interfaces in Layered Polymers

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作者
Liang Sun,Fengyuan Zhang,Li Li,Jiajie Liang,Jiufeng Dong,Zizhao Pan,Yujuan Niu,Jiaxin Chen,Yuqi Liu,Yani Lu,Kai Wu,Qi Li,Jiangyu Li,Qing Wang,Hong Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (3): e2412561-e2412561 被引量:15
标识
DOI:10.1002/adma.202412561
摘要

Polymer dielectrics are essential for advanced electronics and electrical power systems, yet they suffer from low energy density (Ue) due to their low dielectric constant (K) and the inverse relationship between K and breakdown stength (Eb). Here a scalable approach utilizing the designed molecularly interpenetrating interfaces is presented to achieve all-organic dielectric polymers with high Ue and charge-dischage efficiency (η). Distinctive intermolecular interactions and microstructural changes, as demonstrated experimentally and theoretically, are introduced by the molecularly interpenetrating interfaces, resulting in simultaneous improvements in dielectric responses and mechanical strength while inhibiting electrical conduction - outcomes unattainable in conventional layered polymers. Consequently, exceptional improvments in both K and Eb are achieved, yielding a very high Ue of 22.89 J cm-3 with η ≥ 90%, outperforming current layered polymer dielectrics. The bilayers can be easily fabricated into large-area films with high uniformity and outstanding capacitive stability (>500 000 cycles), offering a practical route to scalable high-Ue polymer dielectrics for electrical energy storage.
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