课题组在高性能固态介质储能电容领域取得重要进展

  近年来，课题组一直围绕无铅铁电、反铁电材料的多尺度结构设计以及电学性能调控，特别是针对领域内人们广泛关注的若干关键性基础问题和技术难题，开展了一系列系统性的研究工作。在国际上率先使用具有高自发极化强度的BiFeO₃材料作为基体，制备出一系列高性能无铅储能陶瓷电容器（J. Am. Ceram. Soc., 2015, 98, 2692-2695; J. Eur. Ceram. Soc., 2017, 37, 413-418;J. Eur. Ceram. Soc., 2019, 39, 2673-2679），创新性地结合了介电弛豫特性和反铁电材料的技术优势，设计出具有纳米畴结构的弛豫反铁电BNT和NN基无铅陶瓷材料，实现了陶瓷体材料储能密度的重要突破，并结合透射电子显微镜和原位同步辐射技术揭示了弛豫反铁电体具有优异储能性能的结构机理（Adv. Funct. Mater., 2019, 1903877; J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 3971-3978）。

   近日，该课题组在前期工作的基础上，又成功设计和合成了BiFeO₃-BaTiO₃-NaNbO₃三元系无铅钙钛矿铁电固溶体陶瓷。利用压电力显微镜和高分辨透射电子显微镜观测到局域结构不均匀的纳米微区结构，形成了对电场几乎无滞后的极化响应和对温度不敏感的高介电响应，为同时获得高储能密度、高储能效率和优异的温度稳定性提供了坚实的结构基础，并最终制备出性能优异的储能电容器，具有超高的放电储能密度~8.12 J/cm³、高储能效率~90%、优异的温度稳定性（(±10%, -50~250 ^oC）以及超快放电速率（t_0.9<100 ns）。相关工作在线发表在Advanced Energy Materials（IF=24.884）（https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201903338）上。