近日，材料科学与工程学院先进陶瓷创新团队在无铅介电储能陶瓷电容器领域取得了新进展，相关研究成果以"Ultrahigh Energy-Storage Performances in Lead-Free Na0.5Bi0.5TiO3-Based Relaxor Antiferroelectric Ceramics through a Synergistic Design Strategy"为题发表在材料领域国际顶级期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》（中科院一区，即时影响因子IF=10.323）。安徽工程大学为第一单位及通讯单位，左如忠教授为论文通讯作者，青年教师李天宇博士为论文第一作者，论文链接https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c01287。
相较于锂电池、超级电容器等传统的电化学储能装置，介电储能陶瓷电容器因其具有较高的功率密度及快速充放电特点而备受关注。然而，陶瓷电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实际应用，且目前报道的大多数高储能陶瓷电容器材料都含有铅元素，对环境带来潜在危害。因此，如何通过材料设计有效提升无铅介质陶瓷电容器的储能特性已经成为该领域的研究热点。
先进陶瓷研究中心科研团队在前期工作的基础上展开了针对性研究，通过协同效应调控钛酸铋钠基无铅陶瓷材料的综合储能特性，成功设计和合成了一种三元系无铅弛豫型反铁电陶瓷新材料。一方面，在稳定其反铁电特性的同时引入极性纳米微区，在有效提高饱和极化强度的同时，降低其剩余极化强度，体系充放电之间的极化差值显著提高；另一方面，禁带宽度增大、晶粒细化以及高致密度显著提升材料的介电击穿场强。最终制备出性能优异的储能陶瓷电容器，具有超高的放电储能密度~9.55 J/cm3，大的储能效率~88%，以及优异的温度和频率稳定性。这一工作也是该团队在钛酸铋钠基无铅陶瓷介电储能研究方面的又一重要进展。近年来，该研究团队在大功率储能电容介质陶瓷研究方面相继发表多篇高质量的研究论文（Adv. Energy Mater., 2020, 1903338，Adv. Energy Mater., 2021, 28, 2101378，Adv. Funct. Mater., 2019, 1903877等）。
协同效应调控储能性能示意图
本文报道的介质陶瓷的极化滞后回线
本文报道的介质陶瓷储能特性与文献结果的比较
来源：安徽工程大学，原文链接：https://www.ahpu.edu.cn/2022/0504/c4a172739/page.htm