JMAT和JMST | 我院信息功能材料与器件团队在电介质陶瓷储能领域 取得重要进展

　　近日，我院付鹏副教授、李伟教授和山东大学王春明教授在Bi_0.5Na_0.5TiO₃（BNT）和BaTiO₃（BT）基储能陶瓷研究中取得新进展。通过组分、晶粒形状及尺寸调控等策略，增强了BNT基和BT基陶瓷弛豫性能，实现了其综合储能性能的提高。相关研究成果以“Enhanced energy storage properties and good stability of novel (1- x )Na_0.5Bi_0.5TiO₃- x Ca(Mg_1/3Nb_2/3)O₃ relaxor ferroelectric ceramics prepared by chemical modification”和“Preeminent energy storage properties and superior stability of (Ba_{(1- x )}Bi _x )(Ti_{(1- x )})Mg_{2 x /3}Ta _{x /3})O₃ relaxor ferroelectric ceramics via elongated rod-shaped grains and domain structural regulation”为题先后在线发表在 Journal of Materiomics  （简称：JMAT，中科院1区，2022年发布的IF达到9.4）和 Journal of Materials Science &Technology  （简称：JMST，中科院1区，2022年发布的IF达到10.9）期刊上。论文链接分别为：https://doi.org/10.1016/j.jmat.2023.09.009、https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.10.036。

　　在BNT陶瓷的A位引入Ca²⁺离子，B位引入(Mg_1/3Nb_2/3)⁴⁺复合离子进行组分调控，通过减小晶粒尺寸增强 E _b以及保持较大的极化强度差可提高储能性能。在BT陶瓷中引入Bi/Mg/Ta（BMT）元素，形成有一定数量的长晶粒结构，并诱导了短程有序极性纳米区的形成，降低了 P _r并提高了 P _max和 E _b，得到了卓越的综合储能性能（ESPs）。结果表明，0.88BNT-0.12CMN陶瓷具有高的可恢复储能密度（8.1 J/cm³）、储能效率（82.4%）、超高功率密度（187 MW/cm³）和快速充放电速率（ t _0.9="57.2" ns）；在710kV/cm下，BBTMT-0.1陶瓷获得了最优的综合ESPs（ W _rec="5.97" J/cm³和 η ="87.4%）以及超高功率密度（203.1 MW/cm³）和快速充放电速率（ t _0.9="46" ns）；以上两个体系的陶瓷材料都具有优异的频率、温度和疲劳稳定性，在储能电容器领域都具有很大的应用潜力。

图1. 提高BNT基陶瓷储能性能的设计思路图

图2. BT陶瓷储能电容器的应用策略

　　聊城大学为以上论文的第一署名单位，2021级硕士研究生张英为论文（JMAT）第一作者，2020级硕士研究生尹明和2021级硕士研究生张英为论文（JMST）共同第一作者，付鹏副教授、李伟教授为论文的通讯作者，以上工作也得到山东大学郑立梅教授和王春明教授在测试表征中的大力支持。

　　该研究获得国家自然科学基金、山东省自然科学基金、中国博士后科学基金和中科院无机功能材料与器件重点实验室开放课题的资助。该课题组近年来在Nano Energy、Chemical Engineering Journal、Journal of the European Ceramic Society、ACS Applied Materials & Interfaces和Ceramics International等知名期刊发表多篇论文，积极推动了高性能储能陶瓷材料的研发和应用。

　　(审核人：李伟)