Local Diverse Polarization Optimized Comprehensive Energy‐Storage Performance in Lead‐Free Superparaelectrics

材料科学 电介质 储能 极化(电化学) 电容器 小型化 光电子学 功率密度 扫描透射电子显微镜 电压 纳米技术 电气工程 透射电子显微镜 功率(物理) 物理 工程类 物理化学 化学 量子力学
作者
Liang Chen,Na Wang,Zhifei Zhang,Huifen Yu,Jie Wu,Shiqing Deng,Hui Liu,He Qi,Jun Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (44) 被引量:125
标识
DOI:10.1002/adma.202205787
摘要

Lead-free dielectric ceramics with ultrahigh energy-storage performance are the core components used in next-generation advanced pulse power capacitors. However, the low energy storage density largely hinders their development towards miniaturization, lightweight, and integration. Here, an effective strategy of constructing local diverse polarization is designed in superparaelectrics to realize an ultrahigh energy storage density of ≈10.59 J cm-3 as well as a large efficiency of ≈87.6%. The excellent comprehensive energy-storage performance is mainly attributed to the design of ultrasmall polar nanoregions with local diverse polarization configuration, confirmed by scanning transmission electron microscopy, leading to the reduced heat loss, substantially enhanced polarization, and breakdown electric field compared to ceramics with single polarization configuration. Benefiting from these features, outstanding temperature/frequency/cycling stability and superior charge/discharge performance (power density ≈187.5 MW cm-3 , discharge energy density ≈3.52 J cm-3 , discharge rate ≈77 ns) are also achieved. This work demonstrates that local diverse polarization is a super strategy to design new dielectric materials with high energy-storage performance.
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