近日，材料科學與工程學院先進陶瓷創(chuàng)新團隊在無鉛介電儲能陶瓷電容器領域取得了新進展，相關研究成果以"Ultrahigh Energy-Storage Performances in Lead-Free Na0.5Bi0.5TiO3-Based Relaxor Antiferroelectric Ceramics through a Synergistic Design Strategy"為題發(fā)表在材料領域國際頂級期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》（中科院一區(qū)，即時影響因子IF=10.323）。安徽工程大學為第一單位及通訊單位，左如忠教授為論文通訊作者，青年教師李天宇博士為論文第一作者，論文鏈接https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c01287。
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相較于鋰電池、超級電容器等傳統(tǒng)的電化學儲能裝置，介電儲能陶瓷電容器因其具有較高的功率密度及快速充放電特點而備受關注。然而，陶瓷電容器材料的低能量密度（通常小于3 J/cm3）在很大程度上限制了其實際應用，且目前報道的大多數(shù)高儲能陶瓷電容器材料都含有鉛元素，對環(huán)境帶來潛在危害。因此，如何通過材料設計有效提升無鉛介質(zhì)陶瓷電容器的儲能特性已經(jīng)成為該領域的研究熱點。
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先進陶瓷研究中心科研團隊在前期工作的基礎上展開了針對性研究，通過協(xié)同效應調(diào)控鈦酸鉍鈉基無鉛陶瓷材料的綜合儲能特性，成功設計和合成了一種三元系無鉛弛豫型反鐵電陶瓷新材料。一方面，在穩(wěn)定其反鐵電特性的同時引入極性納米微區(qū)，在有效提高飽和極化強度的同時，降低其剩余極化強度，體系充放電之間的極化差值顯著提高；另一方面，禁帶寬度增大、晶粒細化以及高致密度顯著提升材料的介電擊穿場強。最終制備出性能優(yōu)異的儲能陶瓷電容器，具有超高的放電儲能密度~9.55 J/cm3，大的儲能效率~88%，以及優(yōu)異的溫度和頻率穩(wěn)定性。這一工作也是該團隊在鈦酸鉍鈉基無鉛陶瓷介電儲能研究方面的又一重要進展。近年來，該研究團隊在大功率儲能電容介質(zhì)陶瓷研究方面相繼發(fā)表多篇高質(zhì)量的研究論文（Adv. Energy Mater., 2020, 1903338，Adv. Energy Mater., 2021, 28, 2101378，Adv. Funct. Mater., 2019, 1903877等）。
協(xié)同效應調(diào)控儲能性能示意圖
本文報道的介質(zhì)陶瓷的極化滯后回線
本文報道的介質(zhì)陶瓷儲能特性與文獻結果的比較
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來源：安徽工程大學，原文鏈接：https://www.ahpu.edu.cn/2022/0504/c4a172739/page.htm