革新的な高エネルギー密度コンデンサーが可能にする持続可能なクリーンな未来(Sustainable Clean Future Possible with Innovative High-Energy-Density Capacitors)

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2024-04-24 ヒューストン大学(UH)

ヒューストン大学、ジャクソン州立大学、ハワード大学の研究チームは、高エネルギー密度を持つ新型の柔軟なキャパシターを開発しました。このキャパシターはエネルギーを蓄えるデバイスで、そのプロトタイプは1インチ四方ですが、拡大バージョンは医療、航空、自動車(EV)、消費者向け電子製品、防衛など様々な産業のエネルギー貯蔵システムを革命的に変える可能性があります。研究者たちは、ナノフィラーを層状に配列した新しいタイプのキャパシターを設計し、超高エネルギー密度を達成しました。

<関連情報>

層状二次元ナノフィラーベース高分子誘電体フィルムにおける超高容量エネルギー密度 Ultrahigh Capacitive Energy Density in Stratified 2D Nanofiller-Based Polymer Dielectric Films

Maninderjeet Singh, Priyanka Das, Pabitra Narayan Samanta, Sumit Bera, Rukshan Thantirige, Brian Shook, Roushanak Nejat, Banarji Behera, Qiqi Zhang, Qilin Dai, Avijit Pramanik, Paresh Ray, Dharmaraj Raghavan, Jerzy Leszczynski, Alamgir Karim, and Nihar R. Pradhan
ACS Nano  Published:October 13, 2023
DOI:https://doi.org/10.1021/acsnano.3c06249

Abstract

革新的な高エネルギー密度コンデンサーが可能にする持続可能なクリーンな未来(Sustainable Clean Future Possible with Innovative High-Energy-Density Capacitors)

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.

0402電気応用
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