Simple Hydrogen-Bonding Cross-Linking Effect Improves the Energy Storage Density of All-Organic Dielectric Polymer Films

材料科学 电介质 聚合物 傅里叶变换红外光谱 复合材料 储能 相(物质) 分析化学(期刊) 小型化 极化(电化学) 乙基纤维素 介电强度 介电损耗 衍射 介电谱 质量分数 氢气储存 红外光谱学 介电常数
作者
Linsheng Yang,Hongwei Lu,Bengang Li,Shijia Yang,Weitao Su,Yufei Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (44): 61337-61348 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.5c18492
摘要

High-energy-density polymer dielectrics are of critical significance for advancing the miniaturization and integration of capacitors. To enhance the dielectric properties and energy storage density of poly(vinylidene fluoride) (PVDF), this study employs hydroxyl-rich ethyl cellulose (EC) incorporated into the PVDF matrix to construct all-organic flexible dielectric films. The X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) test results show that the hydrogen bonding interaction between EC and PVDF leads to a higher β phase content. The ratio of the peak intensity values of the characteristic peaks belongs to the β phase, and the α phase (Iβ/Iα) of the 0.5 wt %EC/PVDF is 1.76, much higher than the Iβ/Iα value of PVDF (1.31). The increase in the polar phase content enhances the polarization ability of all-organic films. The dielectric constant of 0.5 wt %EC/PVDF reaches 10.43 at 100 Hz. The hydrogen bonding interaction and physical entanglement between EC and PVDF enhance the breakdown strength of the all-organic films. The breakdown strength of 1 wt %EC/PVDF reaches 462.83 MV/m. The discharge energy density of EC/PVDF all-organic films is effectively improved, and the discharge energy density of 0.5 wt %EC/PVDF reaches 6.02 J/cm3, 1.8 times that of PVDF (3.35 J/cm3). Owing to its improved performance, simple preparation process, and low cost, this technique is well-suited for the mass production of polymer dielectrics.
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