Achieving Superior High‐Temperature Capacitive Energy Storage in All‐Organic Dielectric Random Copolymer

材料科学 聚醚酰亚胺 电介质 电容器 共聚物 聚合物 电容感应 介电强度 超级电容器 储能 光电子学 电容 复合材料 带隙 纳米技术 限制 增韧 介电弹性体 能量密度 介电损耗
作者
Xinru Yang,Yang Feng,Peiyan Liu,Yifan Wu,Shengtao Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202527297
摘要

ABSTRACT There is a growing demand for heat‐resistant dielectric polymers, such as Polyetherimide (PEI), for use in electrical devices operating in harsh environments. However, the relatively narrow bandgap ( E g ) of PEI facilitates charge transport at elevated temperatures, thereby limiting the enhancement of its high‐temperature DC breakdown strength ( E b ) and, consequently, energy density ( U e ). In this work, it is proposed that constructing deep traps in PEI to capture carriers is an effective method for improving its high‐temperature performance. The diamine‐terminated siloxane (DMS) segments with a large‐ E g are randomly incorporated into fluorinated PEI (FPEI) backbones through in situ polymerization. The distinct E g characteristics (narrow vs . wide) of the FPEI and DMS segments result in a high density of deep traps in the random copolymer. The deep trap depth of the FPEI‐based copolymer with 7% DMS (FPEI‐S07) increases from 2.8 to 3.0 eV, which effectively suppresses charge transport at high temperatures. This endows FPEI‐S07 with a maximum U e of 6.31 J cm −3 and a charge‐discharge efficiency ( η ) of 90.02% at 650 MV m −1 and 200°C, which significantly surpass those of previously reported dielectric polymers. This strategy provides a novel avenue for the structural design of dielectric polymers for achieving high‐energy‐storage capacitors at elevated temperatures.
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