Ultrahigh Capacitive Energy Density in Stratified 2D Nanofiller-Based Polymer Dielectric Films

材料科学 电容器 电介质 薄膜电容器 介电常数 复合材料 聚合物 光电子学 电气工程 电压 工程类
作者
Maninderjeet Singh,Priyanka Das,Pabitra Narayan Samanta,Sumit Bera,Rukshan Thantirige,Brian C. Shook,Roushanak Nejat,Banarji Behera,Qiqi Zhang,Qilin Dai,Avijit Pramanik,Paresh Chandra Ray,Dharmaraj Raghavan,Jerzy Leszczyński,Alamgir Karim,Nihar Pradhan
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (20): 20262-20272 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c06249
摘要

Dielectric capacitors are critical components in electronics and energy storage devices. The polymer-based dielectric capacitors have the advantages of device flexibility, fast charge-discharge rates, low loss, and graceful failure. Elevating the use of polymeric dielectric capacitors for advanced energy applications such as electric vehicles (EVs), however, requires significant enhancement of their energy densities. Here, we report a polymer thin film heterostructure-based capacitor of poly(vinylidene fluoride)/poly(methyl methacrylate) with stratified 2D nanofillers (Mica or h-BN nanosheets) (PVDF/PMMA-2D fillers/PVDF), that shows enhanced permittivity, high dielectric strength, and an ultrahigh energy density of ≈75 J/cm3 with efficiency over 79%. Density functional theory calculations verify the observed permittivity enhancement. This approach of using oriented 2D nanofillers-based polymer heterostructure composites is expected to be versatile for designing high energy density thin film polymeric dielectric capacitors for myriads of applications.
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