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时间:2019-12-20来源:材料科xue与工程xue院

近日,我校材料科xue与工程xue院左如zhong教授科研团队在gu态介质储能电容qi领yu取得突破性进展,相关成guo以题为“Superior Energy-Storage Capacitors with Simultaneously Giant Energy Density and Efficiency Using Nanodomain Engineered BiFeO3-BaTiO3-NaNbO3Lead-Free Bulk Ferroelectrics”发表在国jiding级xueshu期刊《先进能源材料》(Adv. Energy Mater.)shang(影响yin子24.884),zhe一研究成guo为设ji下一代高性能mai冲功率储能电容qi提供新的糺i跛糽uhe理论指导。该论文第一作者为祁hebo士。

gu态介质电容qiyin其高功率密度he超快充放电速率而受dao人们的高度关zhu。然而其储能密度wangwang较xiao,qiewangwangyi受储能效率襶ue叭任榷ㄐ缘闹苰ue。低储能效率意味zhou更多的电能被转化为热能,从而容yi引起电容qi在服役zhong失效。yin此,设jihekai发同时具you高储能密度、高效率he稳定的储能介质材料就至关重要。

近年来,左如zhong教授课题组一直围绕无铅铁电、fan铁电材料的多尺度结gou设ji襶ue暗鐇ue性能diao控等fangmian,特别是针dui领yuna人们guang泛关zhu的ruo干关键性基chu问题he糺i鮪an题,如储能密度较低、储能密度he效率nan襶ue婀恕⒋⒛苄阅艿娜任榷ㄐ圆睢⒒鞔┏∏縝u足,襶ue按⒛芙橹什牧xian诘绯∠陆醙ou演变规lv等,kai展了一系lie系统性祅an芯抗ぷ鳌T诠鷍ishang率先使用具you高自发极化强度的BiFeO3材料作为基体,制备出一系lie高性能无铅储能陶瓷电容qi(J. Am. Ceram. Soc., 2015, 98, 2692-2695; J. Eur. Ceram. Soc., 2017, 37, 413-418;J. Eur. Ceram. Soc., 2019, 39, 2673-2679),创新性地结合了介电弛豫特性hefan铁电材料的糺i跤攀疲鑚i出具you纳米畴结gou的弛豫fan铁电陶瓷材料,实现了陶瓷体材料储能密度的重要突破,并结合透射电子xianwei镜he原位同步fu射糺i踅沂玖顺谠an铁电体具you优异储能性能的结gou机理(Adv. Funct. Mater., 2019, 1903877; J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 3971-3978)。

相duiyufan铁电陶瓷而言,弛豫铁电体容yi获得高的储能效率。然而受制yu较低的介电击穿强度,目前文献报道的弛豫铁电陶瓷的储能密度值普遍较低。该课题组近期在前期大量工作的基chushangkai展了针dui性祅an芯浚晒ι鑚ihe合成了BiFeO3-BaTiO3-NaNbO3三yuan系无铅gai钛矿铁电gurong体。一fangmianyin禁带宽度的增大、晶li细化襶ue暗缱杪实奶岣撸逑档慕榈缁鞔┣慷葂ianzhu提高;另一fangmian,伴sui组成介电弛豫程度的明xian增强,电畴结gou逐渐由宏畴演变为纳米电畴。利用压电力xianwei镜he高分辨透射电子xianwei镜guan测dao局yu结goubujun匀的纳米wei区结gou,形成了dui电场几乎无滞后的极化响应heduiwen度bu敏感的高介电响应,为同时获得高储能密度、高储能效率he优异的wen度稳定性提供了坚实的结gou基chu,并最终制备出性能优异的储能电容qi,具you超高的放电储能密度~8.12 J/cm3、高储能效率~90%、优异的wen度稳定性((±10%, -50~250oC)襶ue俺旆诺缢俾剩╰0.9<100 ns)。

图1 BiFeO3-BaTiO3-NaNbO3弛豫铁电陶瓷的PFM表征hehe储能性能比较

 

 

 

图2 BiFeO3-BaTiO3-NaNbO3弛豫铁电陶瓷的储能特性

图3 BiFeO3-BaTiO3-NaNbO3弛豫铁电陶瓷的高分辨TEM


论文zunbo平台:He Qi, Aiwen Xie, Ao Tian and Ruzhong Zuo*, Advanced Energy Materials, Doi:10.1002/aenm.201903338 (2019)

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201903338

http://ceramics.hfut.edu.cn/2019/1121/c5063a224693/page.htm


(祁he/文 付jian/图 杨玲/审he)

责任bian辑:朱feng

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