Local Chemical Clustering Enabled Ultrahigh Capacitive Energy Storage in Pb-Free Relaxors

化学 极地的 极化率 极化(电化学) 电容感应 化学物理 蒙特卡罗方法 储能 聚类分析 GSM演进的增强数据速率 纳米技术 凝聚态物理 材料科学 热力学 物理化学 功率(物理) 物理 电气工程 分子 工程类 计算机科学 数学 机器学习 有机化学 统计 电信 天文
作者
Hui Liu,Zheng Sun,Ji Zhang,Huajie Luo,Yonghao Yao,Xingcheng Wang,He Qi,Shiqing Deng,Jue Liu,Leighanne C. Gallington,Yuanpeng Zhang,J. Neuefeind,Jun Chen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (35): 19396-19404 被引量:24
标识
DOI:10.1021/jacs.3c06912
摘要

Designing Pb-free relaxors with both a high capacitive energy density (Wrec) and high storage efficiency (η) remains a remarkable challenge for cutting-edge pulsed power technologies. Local compositional heterogeneity is crucial for achieving complex polar structure in solid solution relaxors, but its role in optimizing energy storage properties is often overlooked. Here, we report that an exceptionally high Wrec of 15.2 J cm-3 along with an ultrahigh η of 91% can be achieved through designing local chemical clustering in Bi0.5Na0.5TiO3-BaTiO3-based relaxors. A three-dimensional atomistic model derived from neutron/X-ray total scattering combined with reverse Monte Carlo method reveals the presence of subnanometer scale clustering of Bi, Na, and Ba, which host differentiated polar displacements, and confirming the prediction by density functional theory calculations. This leads to a polar state with small polar clusters and strong length and direction fluctuations in unit-cell polar vectors, thus manifesting improved high-field polarizability, steadily reduced hysteresis, and high breakdown strength macroscopically. The favorable polar structure features also result in a unique field-increased η, excellent stability, and superior discharge capacity. Our work demonstrates that the hidden local chemical order exerts a significant impact on the polarization characteristic of relaxors, and can be exploited for accessing superior energy storage performance.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
Hello应助nkmenghan采纳,获得30
1秒前
1秒前
1秒前
粗心的听安完成签到,获得积分10
1秒前
念姬完成签到 ,获得积分10
2秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
2秒前
3秒前
4秒前
指哪打哪完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
静静子发布了新的文献求助100
5秒前
Ray完成签到 ,获得积分10
6秒前
文静的天蓝完成签到,获得积分10
6秒前
tszjw168完成签到 ,获得积分10
7秒前
手打鱼丸完成签到 ,获得积分10
8秒前
体贴凌柏发布了新的文献求助10
8秒前
开心快乐发大财完成签到,获得积分10
10秒前
萌萌哒完成签到,获得积分10
10秒前
小龅牙吖完成签到,获得积分10
10秒前
Propitious完成签到,获得积分10
11秒前
徐先生1106完成签到,获得积分10
11秒前
Epiphany完成签到,获得积分10
12秒前
舒心的久完成签到 ,获得积分10
12秒前
闻巷雨完成签到 ,获得积分10
14秒前
北风完成签到,获得积分10
15秒前
xliiii完成签到,获得积分10
15秒前
时光倒流的鱼完成签到,获得积分10
16秒前
LL完成签到,获得积分10
16秒前
李李完成签到,获得积分20
16秒前
雨无意完成签到,获得积分10
17秒前
盛宇大天才完成签到,获得积分10
19秒前
游戏人间完成签到 ,获得积分10
20秒前
21秒前
科研通AI5应助淡淡的忆彤采纳,获得10
21秒前
早日毕业完成签到,获得积分10
21秒前
Billie完成签到,获得积分10
22秒前
积极行天完成签到,获得积分10
22秒前
98完成签到,获得积分10
23秒前
nkmenghan完成签到,获得积分20
24秒前
韶邑完成签到,获得积分10
24秒前
高分求助中
【提示信息,请勿应助】关于scihub 10000
Les Mantodea de Guyane: Insecta, Polyneoptera [The Mantids of French Guiana] 3000
徐淮辽南地区新元古代叠层石及生物地层 3000
The Mother of All Tableaux: Order, Equivalence, and Geometry in the Large-scale Structure of Optimality Theory 3000
Handbook of Industrial Diamonds.Vol2 1100
Global Eyelash Assessment scale (GEA) 1000
Picture Books with Same-sex Parented Families: Unintentional Censorship 550
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 冶金 细胞生物学 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4038303
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3576013
关于积分的说明 11374210
捐赠科研通 3305780
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1819322
邀请新用户注册赠送积分活动 892672
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 815029