隨著新能源技術(shù)的逐步推廣，對(duì)儲(chǔ)能密度高、工作溫度高、工作電壓高、溫度穩(wěn)定性好的電容器的需求日益增長(zhǎng)。近年來(lái)，研究人員一直致力于提高鉛基 (PbZrO₃)、鈦基( (Bi_0.5Na_0.5)TiO₃和 BaTiO₃) 和鐵基 (BiFeO₃) 多層陶瓷電容器的儲(chǔ)能性能。然而，鈮酸鈉作為研究最廣泛的無(wú)鉛反鐵電材料之一，鈮酸鈉基多層陶瓷電容器的研究卻鮮有報(bào)道。

近日，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所鐵電陶瓷材料與器件課題組王根水研究員團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型0.67NaNbO₃-0.18(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-0.15Bi(Mg_0.5Hf_0.5)O₃無(wú)鉛多層陶瓷電容器并得到優(yōu)異的綜合儲(chǔ)能性能。中子衍射結(jié)果表明隨著(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃以及Bi(Mg_0.5Hf_0.5)O₃的引入，圍繞c_p軸的無(wú)序傾斜，破壞了Na和Bi離子的長(zhǎng)程有序，誘導(dǎo)極性納米微區(qū)的產(chǎn)生，同時(shí)增強(qiáng)了弛豫行為，從而確保了優(yōu)異的儲(chǔ)能性能。基于此優(yōu)化的介質(zhì)層組分，對(duì)多層陶瓷電容器的多層結(jié)構(gòu)進(jìn)一步進(jìn)行了優(yōu)化，設(shè)計(jì)了介質(zhì)層為 5.5μm、層數(shù)為9層的多層陶瓷電容器。最終在1100 kV/cm的電場(chǎng)下，0.67NaNbO₃-0.18(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-0.15Bi(Mg_0.5Hf_0.5)O₃ 多層電容器獲得了超高的儲(chǔ)能密度（12.65 J/cm³）和儲(chǔ)能效率（88.5%），實(shí)現(xiàn)了鈮酸鈉基多層陶瓷電容器性能突破。同時(shí)，還表現(xiàn)出優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性(-100 ~ 150℃ )、和循環(huán)疲勞穩(wěn)定性(高達(dá)10⁷次)。該研究突出了鈮酸鈉基多層陶瓷電容器在儲(chǔ)能應(yīng)用中的優(yōu)秀潛力，為惡劣工況下高性能無(wú)鉛多層陶瓷電容器設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新的研究方向。

相關(guān)成果以“NaNbO₃-Based Multilayer Ceramic Capacitors with Ultrahigh Energy Storage Performance”為題發(fā)表在Advanced Energy Materials (2024)上。論文第一作者是上海硅酸鹽所博士研究生呂重謙和澳大利亞國(guó)立大學(xué)Research Fellow陸騰博士，通訊作者是上海硅酸鹽所王根水研究員和劉振副研究員。相關(guān)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市浦江人才計(jì)劃、中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程、火炬高端介質(zhì)材料研發(fā)基金等項(xiàng)目的資助和支持。?

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202304291.

(a) NN-BNT-100yBMH陶瓷的電滯回線， (b) NN-BNT-100yBMH陶瓷的儲(chǔ)能特性， (c) NN-BNT-100yBMH陶瓷在100kHz下的介電溫譜，(d) NN-BNT-100yBMH陶瓷的XRD譜圖.

NN-BNT和NN-BNT-15BMH陶瓷的 (a-b)中子衍射精修結(jié)果 ，(c-f) 晶體結(jié)構(gòu)，(g-f) TEM分析

NN-BNT-15BMH MLCCs的 (a) 光學(xué)照片，(b) SEM與EDS結(jié)果，(c-e) TEM分析結(jié)果，（f-g）電滯回線與儲(chǔ)能特性，（i）NN-BNT, NN-BNT-15BMH陶瓷和NN-BNT-15BMH MLCCs的儲(chǔ)能特性對(duì)比，(j)NN-BNT-15BMH MLCCs與其他體系的MLCCs儲(chǔ)能特性的對(duì)比

NN-BNT-15BMH MLCCs的(a-b) 變溫電滯回線及儲(chǔ)能特性， (c) 電容隨溫度的變化， (d-f) 變溫拉曼光譜

NN-BNT-15BMH MLCCs的 (a-b) 疲勞電滯回線及儲(chǔ)能特性，(c, e)欠阻尼充放電性能，(d, f)過(guò)阻尼充放電性能