固態(tài)介質電容器因其高功率密度和超快充放電速率而受到人們的高度關注。然而，其儲能密度往往較小，且往往易受儲能效率以及熱穩(wěn)定性的制約。

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低儲能效率意味著更多的電能被轉化為熱能，從而容易引起電容器在服役中失效。因此，設計和開發(fā)同時具有高儲能密度、高效率和性能穩(wěn)定的儲能介質材料就至關重要。

弛豫鐵電體和反鐵電體陶瓷因能同時獲得高飽和極化強度和近零剩余極化強度而具有實現優(yōu)異儲能性能的潛力。盡管反鐵電陶瓷電容器的能量密度值近年來不斷有新突破，但是其相應的儲能效率仍不理想。相關于反鐵電陶瓷而言，弛豫鐵電體容易獲得高的儲能效率，然而相對較高的介電常數往往伴隨其較低的介電擊穿強度。因此，目前文獻報道的弛豫鐵電陶瓷的儲能密度值普遍較低。

合肥工業(yè)大學左如忠教授課題組針對這一問題，進行了深入而細致的研究，利用巧妙的組成設計，突破了高性能介質陶瓷中儲能密度和效率相互制約的瓶頸。該課題組近期在前期大量工作的基礎上開展了針對性的研究，成功設計和合成了BiFeO3-BaTiO3-NaNbO3三元系無鉛鈣鈦礦鐵電固溶體陶瓷。一方面因禁帶寬度的增大、晶粒細化以及電阻率的提高，體系的介電擊穿強度顯著提高；另一方面，伴隨組成調控介電弛豫程度明顯增強，電疇結構逐漸由宏疇演變?yōu)榧{米電疇。利用壓電力顯微鏡和高分辨透射電子顯微鏡觀測到局域結構不均勻的納米微區(qū)結構，形成了對電場幾乎無滯后的極化響應和對溫度不敏感的高介電響應，為同時獲得高儲能密度、高儲能效率和優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性供應了堅實的結構基礎，并最終制備出性能優(yōu)異的儲能電容器，具有超高的放電儲能密度~8.12 J/cm3、高儲能效率~90%、優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性（(±10%, -50~250oC）以及超快放電速率（t0.9<100 ns）。相關工作在線發(fā)表在Advanced Energy Materials（DOI:10.1002/aenm.201903338）上。

該工作利用弛豫鐵電體的高儲能效率和優(yōu)異溫度穩(wěn)定性的優(yōu)勢，以及鐵酸鉍材料的超高自發(fā)極化強度，并通過高禁帶寬度的鈮酸鈉對局域納米疇結構不均勻性、介電弛豫特性、微觀形貌和電阻率等進行調控。研究者相信，這一組成設計理念和研究成果為設計下一代高性能脈沖功率儲能電容器供應新的技術思路和理論指導。

原標題:AEnM：同時具有超高能量密度和儲能效率的無鉛鐵電陶瓷電容器