近日，广西大学资源环境与材料学院团队在氧化铝增强复合电介质储能陶瓷领域取得新进展。相关研究成果于以“Ordering-Structured Antiferroelectric Composite Ceramics for Energy Storage Applications”为题发表在Advanced Materials上。广西大学资源环境与材料学院教授罗能能、物理科学与工程技术学院博士研究生何霞凤为论文的第一作者和通讯作者，北京理工大学教授黄厚兵和澳大利亚伍伦贡大学教授张树君为共同通讯作者。合作单位还包括清华大学、哈尔滨工业大学、香港理工大学、湘潭大学。
随着电子技术与设备的快速发展，脉冲功率型电介质电容器迫切要求向小型化和集成化方向发展，这也给电介质储能材料的储能密度提出了更高的要求。反铁电材料具有双电滞回线、高极化强度和几乎为零的剩余极化强度等特点，是电介质电容器应用中极具前景的电介质材料之一。然而，大多数反铁电材料的击穿强度都不高，导致其储能密度有限。
针对上述问题，受自然界天然珍珠层结构启发，该团队创新性地提出一种构建类似有序珍珠层状结构提高击穿强度和储能密度的策略，即在反铁电陶瓷基体中引入具有高击穿强度的Al2O3片状模板，并通过流延技术使Al2O3片有序平行排列，从而构建了“序构化”的反铁电复合陶瓷。研究发现，平行排列的Al2O3片状模板有效阻碍了电荷迁移以及电树击穿路径的发展，将复合陶瓷的击穿强度提高了1.5倍。这种独特的显微结构使陶瓷的储能密度高达13.2 J/cm3，远优于常规结构的陶瓷的储能密度。该研究为面向储能电容器应用的高性能电介质陶瓷的设计提供了一种创新方法。
广西具有丰富的铝资源，实现铝的高值化利用是一个重要研究方向。该研究使用氧化铝作为增强相大幅提升了电介质材料的储能密度，有望拓宽氧化铝在高端储能电容器中的应用，为广西铝资源的高值化应用开辟了新的途径。
据悉，该研究得到了国家自然科学基金、广西杰出青年基金、广西八桂青年人才培养计划等项目的支持。此外，国家和自治区的重点实验室平台也为该研究的顺利进行提供了技术与资源保障。
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