High-entropy engineered BaTiO3-based ceramic capacitors with greatly enhanced high-temperature energy storage performance

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作者
Xi Kong,Letao Yang,Fanqi Meng,Tao Zhang,Hejin Zhang,Yuanhua Lin,Houbing Huang,Shujun Zhang,Jinming Guo,Ce‐Wen Nan
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 885-885 被引量:92
标识
DOI:10.1038/s41467-025-56195-0
摘要

Ceramic capacitors with ultrahigh power density are crucial in modern electrical applications, especially under high-temperature conditions. However, the relatively low energy density limits their application scope and hinders device miniaturization and integration. In this work, we present a high-entropy BaTiO3-based relaxor ceramic with outstanding energy storage properties, achieving a substantial recoverable energy density of 10.9 J/cm3 and a superior energy efficiency of 93% at applied electric field of 720 kV/cm. Of particular importance is that the studied high-entropy composition exhibits excellent energy storage performance across a wide temperature range of −50 to 260 °C, with variation below 9%, additionally, it demonstrates great cycling reliability at 450 kV/cm and 200 °C up to 106 cycles. Electrical and in-situ structural characterizations revealed that the high-entropy engineered local structures are highly stable under varying temperature and electric fields, leading to superior energy storage performance. This study provides a good paradigm of the efficacy of the high-entropy engineering for developing high-performance dielectric capacitors. The authors utilize a high-entropy design strategy to enhance the high-temperature energy storage capabilities of BaTiO3-based ceramic capacitors, realizing energy storage performance from −50 °C to 260 °C and maintaining functionality after one million charge-discharge cycles at 200 °C.
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