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科学家研制自组装三弛豫-反铁电纳米复合电介质，实现宽温域储能新突破

文章来源：新能源网更新时间：2025-05-20 16:21:26

储能电介质是电能变换、脉冲功率及新能源汽车等领域关键电力装备的核心材料，其储能性能直接影响电力装备安全可靠运行水平，因此科研人员在提升电介质材料储能性能方面开展了大量研究。

近日，西安交通大学团队在《先进材料》（Advanced Materials）上发布科研成果，论文第一通讯单位为西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室，徐靖喆博士、刘泳斌副教授、王栋教授为共同第一作者，高景晖教授与任晓兵教授为共同通讯作者，合作作者包括西安理工大学何立副教授，西安交通大学钟力生教授、吴明副教授、姚睿丰博士、张楠教授、娄晓杰教授、李盛涛教授。

自组装三弛豫-反铁电纳米复合结构设计。西安交通大学供图。

研究发现，三弛豫-反铁电纳米复合陶瓷(1-x)(Ba,Sr)(Ti,Sn)O3-xBi1.5ZnNb1.5O7体系兼具高储能密度、高储能效率及储能温度稳定性。性能最优成分的三弛豫-反铁电纳米复合界面诱导出深陷阱，材料击穿场强达到690kV/cm，极化强度达到27.5μC/cm2，储能密度达到8.5 J/cm3，储能效率达到94.5%；在200℃高温下仍保持储能密度>4.85 J/cm3，储能效率>90%。这为兼具高储能性能与温度稳定性的新一代高性能介电陶瓷的开发提供了新策略。

自组装三弛豫-反铁电纳米复合结构设计。西安交通大学供图。

目前尚未解决的瓶颈问题是：室温下性能良好的材料体系在高温环境中的储能性能显著下降，导致其在设备运行温升及高温工作场景中难以可靠应用。这一瓶颈源于双重高温失效机制：高温相变铁电畴消失导致的极化强度衰减以及电导随温度指数级增长引发的漏电流和电击穿，使得现有材料难以满足高端介电储能器件对高温高可靠性的严苛需求。

针对这一挑战，科研团队提出了创新解决方案：在三临界铁电材料(Ba,Sr)(Ti,Sn)O3中加入反铁电诱发剂Bi3+、Zn2+、Nb5+，并控制烧结工艺使其在材料局部区域富集，形成纳米尺度相分离的自组装三临界弛豫（三弛豫）-反铁电纳米复合结构，如图1所示。该方法设计的材料共格界面可引发深陷阱，克服了传统纳米电介质界面不连续造成的缺陷效应，使得体系兼具宽温域三弛豫相变导致的高极化强度以及温升条件下高击穿场强。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202502788

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