中國粉體網(wǎng)訊  近日，清華大學材料學院南策文院士、林元華教授研究團隊在無鉛儲能介電材料研究中取得重要進展，通過對弛豫鐵電薄膜材料的穩(wěn)定的超順電設計，實現(xiàn)了介電儲能性能的顯著提升，達到152J/cm³的超高儲能密度。該成果可為下一代高端儲能電容器提供關鍵材料和技術，也為介電新材料開發(fā)和其他基于弛豫鐵電的功能優(yōu)化提供了新的途徑。

據(jù)了解，目前用于介電儲能電容器的材料主要有陶瓷基材料 、聚合物基材料 、玻璃陶瓷基材料 、陶瓷聚合物基復合材料等。相較于其他介電儲能材料 ，介電陶瓷擁有較大的介電常數(shù) 、較低的介電損耗 、適中的擊穿電場 、較好的溫度穩(wěn)定性 、良好的抗疲勞性能等優(yōu)點，因此介電儲能陶瓷材料在耐高溫介電脈沖功率系統(tǒng)有應用前景，在去年12月公布的中科院基于2014-2019年論文數(shù)據(jù)統(tǒng)計的《2020研究前沿》報告中，無鉛儲能陶瓷更是力壓生物、催化、電池等傳統(tǒng)熱門材料成為化學與材料科學類別最熱門前沿研究方向。

（疊片多層陶瓷電容器，來源：歐普電子）

無鉛儲能材料根據(jù)成分組成分為BT，ST，BF，KNN，NBT，AN和NN等，根據(jù)材料厚度的不同，陶瓷介質通�？煞譃楸∧�(厚度小于1μm)、厚膜(厚度介于1μm和100μm之間)和塊體(厚度大于100μm)三類。陶瓷薄膜是陶瓷基電介質材料研究的另一重要方向。相比于塊體陶瓷而言，采用絲網(wǎng)印刷、流延法、溶膠凝膠、激光脈沖沉積、射頻磁控濺射、化學溶液沉積等方法制得的鐵電陶瓷薄(厚)膜，由于其具有均一、無氣孔的微觀結構，在保持較高介電常數(shù)的前提下，可極大地提高材料的抗擊穿強度，因而可獲得更高的儲能密度。清華大學研究團隊前期研究成果表明，具有納米鐵電疇結構的弛豫鐵電薄膜是目前最有潛力的材料體系之一，已實現(xiàn)~100J/cm³的儲能密度和60~80%的儲能效率。然而，電疇翻轉能壘引起的損耗，限制了相關儲能性能的進一步提升。

此次清華大學研究團隊設計制備了一系列Sm摻雜BiFeO₃-BaTiO₃（Sm-BFBT）的弛豫鐵電薄膜(厚度約0.6μm)，通過Sm離子引入的局域化學、結構和電學異質性，降低相變溫度，獲得滿足實際應用需求的室溫超順電態(tài)。

Sm-BFBT超順電薄膜的介電、極化和儲能性能

相關成果以“超順電態(tài)弛豫鐵電中的超高儲能密度”（Ultrahigh energy storage insuperparaelectricrelaxorferroelectrics）為題，于10月1日在線發(fā)表于國際著名期刊《科學》（Science）上。材料學院已畢業(yè)博士生潘豪和2017級博士生藍順為文章共同第一作者，林元華教授、南策文院士及中科院物理所金奎娟研究員為文章共同通訊作者。論文重要合作者包括北京理工大學黃厚兵研究員、賓夕法尼亞州立大學陳龍慶教授，中科院物理所谷林研究員、張慶華研究員、郭爾佳研究員，劍橋大學朱迪絲·麥克馬努斯-德里斯科爾（Judith L. MacManus-Driscoll）教授，南洋理工大學王驍助理教授，清華材料學院易迪助理教授、孟繁琦博士、劉亦謙博士等相關人員。本工作獲得了國家自然科學基金委基礎科學中心項目等的資助。

參考來源：清華大學網(wǎng)站、中國粉體網(wǎng)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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