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Bio-Based Poly(hydroxy urethane)s for Efficient Organic High-Power Energy Storage

Authors :
Florian Le Goupil
Victor Salvado
Valère Rothan
Thomas Vidil
Guillaume Fleury
Henri Cramail
Etienne Grau
Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (LCPO)
Université de Bordeaux (UB)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie, de Biologie et de Physique (ENSCBP)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Team 4 : Deciphering organ immune regulation in inflammation and transplantation (DORI-t) (U1064 Inserm - CR2TI)
Centre de Recherche en Transplantation et Immunologie - Center for Research in Transplantation and Translational Immunology (U1064 Inserm - CR2TI)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Nantes Université - UFR de Médecine et des Techniques Médicales (Nantes Univ - UFR MEDECINE)
Nantes Université - pôle Santé
Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - pôle Santé
Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Nantes Université - UFR de Médecine et des Techniques Médicales (Nantes Univ - UFR MEDECINE)
Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)
Team 2 LCPO : Biopolymers & Bio-sourced Polymers
Université de Bordeaux (UB)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie, de Biologie et de Physique (ENSCBP)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie, de Biologie et de Physique (ENSCBP)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Caractérisation Physique Off-line (LCPO)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Team 4 LCPO : Polymer Materials for Electronic, Energy, Information and Communication Technologies
ANR-10-EQPX-0028,ELORPrinttec,'Plate-forme de l'Université de Bordeaux pour l'organique électronique imprimable : de la molécule aux dispositifs et systèmes intégrés - valorisation et commercialisation'(2010)
Source :
Journal of the American Chemical Society, Journal of the American Chemical Society, 2023, 145 (8), pp.4583-4588. ⟨10.1021/jacs.2c12090⟩
Publication Year :
2023
Publisher :
American Chemical Society (ACS), 2023.

Abstract

International audience; Fast, low-cost and efficient energy storage technologies are urgently needed to balance the intermittence of sustainable energy sources. High-power capacitors using organic polymers offer a green and scalable answer. They require dielectrics with high permittivity ($\epsilon _r$) and breakdown strength ($E_B$), which bio-based poly(hydroxy urethane)s (PHUs) can provide. PHUs combine high concentrations of hydroxyl and carbamate groups, thus enhancing their $\epsilon _r$, and a highly tuneable glass transition ($T_g$), which dictates the regions of low dielectric losses. By reacting erythritol dicarbonate with bio-based diamines, fully bio-based PHUs were synthesised with $T_g$ ~ 50 °C, $\epsilon _r$ > 8, $E_B$ > 400 MV•m$^{-1}$ and low losses (tan δ < 0.03). This results in energy storage performance comparable with the flagship petrochemical materials (discharge energy density, $U_e$ > 6 J•cm$^{-3}$) combined with a remarkably high discharge efficiency, with η = 85% at $E_B$ and up to 91% at 0.5 $E_B$. These bio-based PHUs thus represent a highly promising route to green and sustainable energy-storage.

Details

ISSN :
15205126 and 00027863
Volume :
145
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of the American Chemical Society
Accession number :
edsair.doi.dedup.....4617f595fa3986e5c59c8e58224f5a96