Chemical Engineering Journal |信息功能材料与器件团队在无铅储能陶瓷领域取得新进展

　　近日，我院杜鹃副教授、李伟教授和山东大学郑立梅教授在电介质陶瓷储能领域取得新的研究进展，通过构建“增强的局部极化”，增强了弛豫反铁电体的综合储能性能。相关成果以 “ Comprehensive energy-storage performance enhancement in relaxor anti-ferroelectrics via strengthening local polarization” 为题发表在《Chemical Engineering Journal》(中科院1区、TOP期刊，2022年发布的影响因子达到15.1）期刊上。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147383。

　　介质电容器具有功率密度高、充放电时间短、稳定性好、制造成本低等优点，在集成电路、激光、医疗设备、航空航天和武器等脉冲功率系统中具有巨大的应用潜力，以其优异的储能性能在脉冲电力电子系统和器件中具有显著的应用前景。然而，大的可回收储能密度 W _rec通常伴随着低的储能效率 η ，阻碍了它们的实际应用，使得储能密度和效率的协同优化成为一个很大的挑战。

　　为了实现 W _rec和 η 的协同优化，该文提出了一种构建“增强的局部极化”的新型弛豫反铁电系统，该系统可以同时实现强弛豫行为和增强的最大极化强度 P _max。研究中，在无铅反铁电NaNbO₃基体A位掺杂Bi³⁺离子，并引入具有大极化率的Ni²⁺离子，设计了高性能(1- x )NaNbO₃- x Bi(Ni_2/3Nb_1/3)O₃（简写NN-BNN）陶瓷组分。通过组分优化，在 x = 0.1的样品中获得了优异的储能性能（储能密度 W _rec ~ 11.2 J/cm³，储能效率 η ~ 90.5%）。此外，还获得了卓越的充放电性能（功率密度 P _D ~ 548 WM/cm³，放电速度 t _0.9 ~ 27 ns）以及出色的温度（高达160°C）和循环稳定性（10⁶次循环）。其优异的综合性能主要归功于稳定的反铁电相、较强的弛豫特性以及Bi(Ni_2/3Nb_1/3)O₃的添加形成的高动态极性纳米区和“局部极化增强”效应。本工作不仅提供了一种具有优异储能性能的无铅系统，在大功率脉冲电子器件的应用领域显示出巨大的潜力，而且为设计具有优异储能性能的新型介电材料提供了一种便捷、高效的策略。

　　聊城大学为该论文第一署名单位，2021级硕士研究生毕文晶为论文第一作者，杜鹃副教授、李伟教授与山东大学郑立梅教授为论文通讯作者。该研究获得国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、山东省自然科学基金等课题的资助。该课题组近年来在Nano Energy、Chemical Engineering Journal、Ceramics International、Journal of the European Ceramics和Journal of Alloys and Compound等知名期刊发表多篇论文，积极推动了高性能无铅储能陶瓷材料的研发和应用。

　　（审核人：李伟）