Nano Energy：目前世界最高AgNbO3基反铁电陶瓷的能量密度

来源：材料科学与工程

介电储能电容器由于其高功率密度和充放电速率在电子、通讯、汽车等领域皆有着极其广泛的应用。常规的反铁电材料拥有近零的剩余极化强度且较高的最大极化，是一类极其有希望获得较高储能能量密度的材料。但是偏低的反铁电-铁电相转变电场严重地限制了该系列材料的高储能密度。因此，研究AgNbO3基反铁电材料的相转变，解锁高能量密度的机制，将为高储能性能的无铅反铁电电容器的设计和研发提供新的思路。

英国谢菲尔德大学的Ian. M. Reaney教授（通讯作者）课题组的陆智伦博士（第一作者）通过对AgNbO3进行Ag和Nb位分别掺杂Nd和Ta获得目前世界最高的AgNbO3基反铁电陶瓷的能量密度（6.5 J/cm3），同时结合透射电镜和同步辐射等表征技术分析并总结了AgNbO3基反铁电陶瓷的高能量密度的4条设计原则：（1）增加材料的电阻率；（2）A位异价掺杂优化最大极化；（3）减小反极性/极性耦合；（4）增强反铁电相的稳定性。文章中还首次观察并提出了(Ag,Nd)(Ta,Nb)O3反铁电陶瓷在高电场下为反铁电-亚铁电相转变，而非传统认为的反铁电-铁电转变。

该工作以“Mechanism of enhanced energy storage density in AgNbO3-based lead-free antiferroelectrics”为题发表于《Nano Energy》。共同第一作者包括鲍伟超博士（上海硅酸盐研究所），王戈博士（谢菲尔德大学），孙世宽博士（谢菲尔德大学），共同通讯作者包括王大伟博士（谢菲尔德大学）和刘士余副教授（天津师范大学）。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520310004

图1 储能性能

图2 原位同步辐射高能X射线阐述在高电场下的反铁电-亚铁电相转变