由于高功率密度和優(yōu)異的可靠性，介電陶瓷在電子系統(tǒng)中具有獨特的競爭優(yōu)勢。

Na_1/2Bi_1/2TiO₃基陶瓷是一種被廣泛研究的儲能介質(zhì)，但在高溫?zé)Y(jié)過程中經(jīng)常發(fā)生A位元素?fù)]發(fā)和Ti⁴⁺還原。

這些問題可能導(dǎo)致能量損失增加、極化減少和介電擊穿電場降低，最終使實現(xiàn)高能量存儲密度和效率變得具有挑戰(zhàn)性。

基于此，2024年10月17日，西安交通大學(xué)特聘研究員李景雷、李飛教授與伍倫貢大學(xué)Shujun Zhang教授在國際頂級期刊Nature Communications發(fā)表題為《Enhanced energy storage performance in NBT-based MLCCs via cooperative optimization of polarization and grain alignment》的研究論文。

為了解決問題，研究人員引入了結(jié)合偏振工程和晶粒排列工程的協(xié)同優(yōu)化策略。

第一性原理計算和實驗分析表明，Mn²⁺的摻雜可以抑制Na_1/2Bi_1/2TiO₃基陶瓷中Ti⁴⁺的還原，增強(qiáng)離子偏心位移，從而減少能量損失，改善極化。

此外，研究人員還使用模板晶粒生長方法制備了晶粒沿<111>方向取向的多層陶瓷電容器。與非紋理對應(yīng)物相比，這種方法有效地降低了37%的電場誘導(dǎo)應(yīng)變，并且顯著地增強(qiáng)了42%的擊穿電場。

通過這一綜合策略，<111>織構(gòu)Na_1/2Bi_1/2TiO₃基多層陶瓷電容器實現(xiàn)了15.7J·cm^-3的超高能量密度以及在850kV·cm^-1時超過95%的出色效率，展現(xiàn)出卓越的整體儲能性能。