Negative Capacitance for Electrostatic Supercapacitors

超级电容器 材料科学 电容 负阻抗变换器 纳米技术 光电子学 电极 电气工程 电压 物理 量子力学 工程类 电压源
作者
Michael Hoffmann,Franz P. G. Fengler,Benjamin Max,Uwe Schroeder,Stefan Slesazeck,Thomas Mikolajick
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (40) 被引量:48
标识
DOI:10.1002/aenm.201901154
摘要

Abstract The increasing demand for efficient storage of electrical energy is one of the main challenges in the transformation toward a carbon neutral society. While electrostatic capacitors can achieve much higher power densities compared to other storage technologies like batteries, their energy densities are comparatively low. Here, it is proposed and demonstrated that negative capacitance, which is present in ferroelectric materials, can be used to improve the energy storage of capacitors beyond fundamental limits. While negative capacitance was previously mainly considered for low power electronics, it is shown that ferroelectric/dielectric capacitors using negative capacitance are promising for energy storage applications. Compared to earlier results using (anti)ferroelectric materials for electrostatic energy storage, much higher efficiencies of more than 95% even for ultrahigh energy densities beyond 100 J cm −3 are demonstrated using nonepitaxial thin films suitable for integration on 3D substrates. Stable operation up to 150 °C and 10 8 charging/discharging cycles is further demonstrated.
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