Boosting Energy Storage Performance of Lead‐Free Ceramics via Layered Structure Optimization Strategy

材料科学 储能 陶瓷 功率密度 电介质 铅(地质) 光电子学 极化(电化学) 高效能源利用 复合材料 工程物理 电气工程 功率(物理) 地貌学 物理 地质学 工程类 量子力学 物理化学 化学
作者
Fei Yan,Hairui Bai,Guanglong Ge,Jinfeng Lin,Kun Zhu,Guohui Li,Jin Qian,Bo Shen,Jiwei Zhai,Zhifu Liu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (34) 被引量:120
标识
DOI:10.1002/smll.202202575
摘要

Abstract Owing to the current global scenario of environmental pollution and the energy crisis, the development of new dielectrics using lead‐free ceramics for application in advanced electronic and energy storage systems is essential because of the high power density and excellent stability of such ceramics. Unfortunately, most of them have low breakdown strength and/or low maximum polarization, resulting in low energy density and efficiency. To overcome this limitation here, lead‐free ceramics comprising a layered structure are designed and fabricated. By optimizing the distribution of the layered structure, a large maximum polarization and high applied electric field (>500 kV cm −1 ) can be achieved; these result in an ultrahigh recoverable energy storage density (≈7 J cm −3 ) and near ideal energy storage efficiency (≈95%). Furthermore, the energy storage performance without obvious deterioration over a broad range of operating frequencies (1–100 Hz), working temperatures (30–160 °C), and fatigue cycles (1–10 4 ). In addition, the prepared ceramics exhibit extremely high discharge energy density (4.52 J cm −3 ) and power density (405.50 MW cm −3 ). Here, the results demonstrate that the strategy of layered structure design and optimization is promising for enhancing the energy storage performance of lead‐free ceramics.
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