近日，材料科學與工程學院楊海波教授團隊在國際頂級期刊《Advanced Materials》（IF：26.8）上發(fā)表了題為“Large Capacitive Energy Storage in Linear-Like MLCCs with Tailored Atomic-Scale Polymorphic Polarization Fluctuations”的研究論文。陜西科技大學材料學院楊海波教授、林營教授和西安交通大學電子學院周迪教授為文章共同通訊作者，陜西科技大學材料學院博士后李達為第一作者，陜西科技大學為第一通訊單位。

便攜式電子設(shè)備、電動汽車與智能電網(wǎng)的快速發(fā)展對介電儲能器件提出了更高要求，需要同時實現(xiàn)大能量密度、高功率密度與優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。多層陶瓷電容器（MLCC）因其體積小、充放電速度快、可靠性高等優(yōu)點，成為電子信息與儲能領(lǐng)域的關(guān)鍵元件。然而，傳統(tǒng)MLCC所用介電材料的儲能密度和效率相對較低，難以滿足嚴苛應(yīng)用場景的需求。

突破傳統(tǒng)鐵電材料儲能限制必須實現(xiàn)兼具高擊穿強度和低滯后損耗的類線性極化行為。針對這一問題，陜西科技大學楊海波教授團隊提出通過熵工程來誘導原子級多態(tài)極化漲落，促進原子尺度的晶格紊亂，誘導出R、T共存的原子級多態(tài)極化漲落，減弱極化各向異性和疇切換勢壘，實現(xiàn)具有低滯后的類線性極化行為。結(jié)合器件原型制備，2.0R高熵MLCC在1045 kV·cm^-1高電場下實現(xiàn)了21.3 J·cm^-3的超高可恢復(fù)能量密度，同時儲能效率高達94.5%。得益于這種結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，該MLCC原型器件還具有出色的寬溫、頻率和循環(huán)穩(wěn)定性，充分展示了其在介電儲能領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。研究通過原子分辨率的STEM表征證實，2.0R陶瓷中的原子級多態(tài)極化漲落結(jié)構(gòu)由若干極化離子組成，無明確疇界，這種結(jié)構(gòu)可在寬溫度范圍內(nèi)維持穩(wěn)定的短程漲落，顯著提升了材料的寬溫穩(wěn)定性。該工作揭示的熵-結(jié)構(gòu)-性能關(guān)聯(lián)為高性能介電電容器的設(shè)計提供了新理論框架和技術(shù)路徑，通過熵工程調(diào)控原子級多態(tài)極化漲落的策略有望為高性能MLCC的開發(fā)提供通用途徑。

圖1 熵工程優(yōu)化儲能性能的技術(shù)路線

圖2 0R-MLCCs在不同條件下的綜合儲能優(yōu)勢及穩(wěn)定性

圖3 0R-MLCCs的局域結(jié)構(gòu)表征

原文鏈接：

https://doi.org/10.1002/adma.202522382

(核稿：伍媛婷 編輯：趙誠)