近日，內(nèi)蒙古科技大學(xué)郝喜紅教授課題組在國際高水平期刊《化學(xué)工程雜志》（Chemical Engineering Journal）上發(fā)表了題目為“通過多元化增強策略在(Pb0.98-xLa0.02Cax)(Zr0.7Sn0.3)0.995O3反鐵電多層陶瓷電容器中獲得超高能量密度”（Ultra-high energy density induced by diversified enhancement effects in (Pb0.98-xLa0.02Cax)(Zr0.7Sn0.3)0.995O3 antiferroelectric multilayer ceramic capacitors）的最新科研成果。該研究對介電儲能材料的設(shè)計具有普遍意義和實踐價值。
    此項研究得到治區(qū)科技創(chuàng)新引導(dǎo)項目(KCBJ2018034)，自治區(qū)自然科學(xué)基金重大項目(2019ZD12)和內(nèi)蒙古“草原英才”創(chuàng)新團隊支持計劃支持。
    近年來，隨著電子設(shè)備和電力系統(tǒng)等高新技術(shù)的進步，陶瓷電容器得到了飛速發(fā)展。介質(zhì)材料直接決定電容器的性能和成本，也決定著企業(yè)的競爭能力和發(fā)展空間。因此，對高能量密度、快速沖放電和低成本儲能介質(zhì)材料的研究意義重大。多層陶瓷電容器（MLCC）由多個厚度均勻的電介質(zhì)層與內(nèi)部金屬電極平行排列組成，由于其快速的充/放電能力、高功率密度以及卓越的機械和熱性能，被認(rèn)為是最有前途的電子產(chǎn)品之一。但是，低的能量密度限制了MLCC在實際中的應(yīng)用。因此，探索高儲能特性的多層陶瓷電容器已成為材料領(lǐng)域的一大熱點課題。
在    介電儲能領(lǐng)域，研究較多的介電材料主要有線性材料、鐵電材料、弛豫鐵電材料和反鐵電材料。反鐵電材料由于內(nèi)部偶極子反向平行排列，具有獨特的相變行為和幾乎為零的剩余極化，使得反鐵電體具有更優(yōu)的能量存儲表現(xiàn)，在介電電容器方面的應(yīng)用具有更大的潛力，更適用于制作脈沖功率系統(tǒng)中的儲能元器件。鋯酸鉛基反鐵電體作為典型的反鐵電材料，由于其卓越的儲能性能得到了廣泛的研究。依據(jù)儲能原理和反鐵電材料電滯回線特點可知，為得到更高的能量密度，急需解決其相變電場和耐擊穿電場較低等問題。
    科研團隊通過離子摻雜和多層構(gòu)造的策略來調(diào)節(jié)(Pb0.98-xLa0.02Cax)(Zr0.7Sn0.3)0.995O3反鐵電陶瓷材料的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)。首先，Ca2﹢離子的摻雜可以細化晶粒和增強陽離子和氧的結(jié)合，從而增強擊穿強度和相轉(zhuǎn)變電場。其次，通過多層結(jié)構(gòu)減少因電介質(zhì)層厚度引起的缺陷來進一步提高擊穿電場。最終，采用多元化增強策略成功制備出了超高的儲能密度（14.3 J/cm3），高的儲能效率（86.1％），高的放電能量密度（10.7 J/cm3）和高功率密度（400 MW/cm3）的鉛基反鐵電多層陶瓷電容器。這項工作強調(diào)了基于結(jié)構(gòu)設(shè)計來提高反鐵電材料能量密度，這種新穎的策略可以為儲能材料的設(shè)計提供指導(dǎo)。

    論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.128032
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