γ‐Ray Irradiation Significantly Enhances Capacitive Energy Storage Performance of Polymer Dielectric Films

材料科学 辐照 电介质 电容感应 储能 聚合物 光电子学 工程物理 纳米技术 复合材料 电气工程 功率(物理) 物理 量子力学 核物理学 工程类
作者
Yiwei Wang,Zhiwei Bao,Song Ding,Jiangheng Jia,Zhizhan Dai,Yaoxin Li,Shengchun Shen,Songchao Chu,Yuewei Yin,Xiaoguang Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (16): e2308597-e2308597 被引量:73
标识
DOI:10.1002/adma.202308597
摘要

Abstract Polymer dielectric capacitors are fundamental in advanced electronics and power grids but suffer from low energy density, hindering miniaturization of compact electrical systems. It is shown that high‐energy and strong penetrating γ‐irradiation significantly enhances capacitive energy storage performance of polymer dielectrics. γ‐irradiated biaxially oriented polypropylene (BOPP) films exhibit an extraordinarily high energy density of 10.4 J cm −3 at 968 MV m −1 with an efficiency of 97.3%. In particular, an energy density of 4.06 J cm −3 with an ultrahigh efficiency of 98% is reliably maintained through 20 000 charge–discharge cycles under 600 MV m −1 . At 125 °C, the γ‐irradiated BOPP film still delivers a high discharged energy density of 5.88 J cm −3 with an efficiency of 90% at 770 MV m −1 . Substantial improvements are also achieved for γ‐irradiated cycloolefin copolymers at a high temperature of 150 °C, verifying the strategy generalizability. Experimental and theoretical analyses reveal that the excellent performance should be related to the γ‐irradiation induced polar functional groups with high electron affinity in the molecular chain, which offer deep energy traps to impede charge transport. This work provides a simple and generally applicable strategy for developing high‐performance polymer dielectrics.
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