本网讯（材料科学与工程学院 周乾坤)储能陶瓷材料由于具有高功率密度和快速充放电速度，成为脉冲功率应用领域不可或缺的材料。但是，与电池、电化学电容器等储能器件相比，储能陶瓷材料相对较小的储能密度限制了其实际应用。因此，提升电介质材料的储能性能成为当前电介质领域的研究热点之一。材料缺陷一直被误认为会产生负面效应，有损材料的性能。近年来，大量的事实表明通过控制缺陷的种类、浓度和位置，可以使缺陷产生正面效应，不仅能够增强材料已有的性能，甚至能产生新的性能。我校材料科学与工程学院汪春昌教授课题组成功利用缺陷工程，对电介质材料的储能性能进行了调控，取得了系列进展。
1.抑制界面极化在无铅陶瓷中实现超高储能密度
近日，汪春昌教授课题组联合安徽大学电镜中心葛炳辉、宋东升教授，温州大学张鉴教授，澳大利亚卧龙岗大学程振祥教授等多个课题组，通过系统分析界面极化影响介电储能的机理，提出了一种能显著提高陶瓷系统储能性能的界面极化策略，并在厚度为0.12 mm的Bi0.5Na0.5TiO3体系成功实现了有效储能密度为15.1 J/cm3的超高储能密度。该工作以“Interfacial polarization restriction for ultrahigh energy-storage density in lead-free ceramics”为题发表于材料学科国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》。材料科学与工程学院博士研究生曹文军、物质科学与信息技术研究院硕士研究生林仁菊和香港理工大学博士后侯旭为本论文共同第一作者，安徽大学为论文第一通讯单位。
陶瓷系统储能性能的界面极化策略
2.“超顺电+多相共存”提高无铅陶瓷的储能性能
铁电材料在超顺电态，具有近似线性的极化行为，这对提高储能密度和效率十分必要，但研究发现，仅超顺电态并不足以产生优越的储能性能，需要对超顺电态策略进行适当的修改。汪春昌教授课题组和安徽大学电镜中心葛炳辉、宋东升教授，澳大利亚卧龙岗大学程振祥教授等多个课题组合作，提出了“超顺电态+多相调控”的策略，在 Na0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3体系中，通过引入线性电介质CaTi0.8Hf0.2O3，一方面把超顺电态移到室温附近，另一方面调控三方相(R)和四方相(T)的比例，当R/T≤0.16时，获得了优越的储能性能：有效储能密度Wrec=8.91 J/cm3、效率ƞ=78.4%、充放电时间t0.9=40 ns。该工作以“Boosting energy-storage performance in lead-free ceramics via polyphase engineering in the superparaelectric state”为题发表于复合材料顶级期刊《Composites Part B: Engineering》。材料科学与工程学院博士研究生曹文军、硕士研究生陈鹏飞和物科院硕士研究生林仁菊为本论文共同第一作者，安徽大学为论文第一通讯单位。
“超顺电+多相共存”策略提高无铅陶瓷的储能性能
3.B位自缺陷线性电介质实现优异介电储能性能
在Na0.5Bi0.5TiO3-SrTiO3固溶体中，通过引入B位自缺陷的线性电介质CaTi0.875Nb0.1O3，调控能带间隙和三方相(R3c，R相)与四方相(P4bm，T相)之比例，获得了优异的储能性能（Wrec=7.13 J/cm3、储能效率ƞ=90.3%、充放电时间 t0.9 = 25 ns）以及良好的温度(在233-413K温度范围内, DWrec≤7%，Dƞ≤10% )及频率稳定性。该工作以“Phase and band structure engineering via linear additive in NBT-ST for excellent energy storage performance with superior thermal stability”为题，发表于材料学科著名期刊《ACS Applied Materials & Interfaces 》。该工作是和安徽大学电镜中心葛炳辉、宋东升教授、温州大学张鉴教授，澳大利亚卧龙岗大学程振祥教授等多个课题组合作共同完成的，材料科学与工程学院博士研究生曹文军和物质科学与信息技术研究院硕士研究生林仁菊为本论文共同第一作者，安徽大学为论文第一通讯单位。
B位自缺陷的线性电介质调控相结构和带隙宽度实现优异介电储能性能
4.A位自缺陷线性电介质提升介电储能性能
在Na0.5Bi0.5TiO3弛豫铁电体中，通过引入A位自缺陷的线性电介质Ca0.85Bi0.1TiO3，有效降低了剩余极化，增强了击穿场强，优化了常温下材料的介电储能特性，实现了优异的充放电性能。最终能够在 420kV/cm电场强度附近获得了7.12J/cm3的有效储能密度，储能效率可以维持在83%。同时，在该样品中也获得了优异的充放电性能(PD=161 MW/cm3，Wdis=3.4 J/cm3，t0.9=40 ns)。相关成果以题为“Outstanding energy-storage and charge–discharge performances in Na0.5Bi0.5TiO3 lead-free ceramics via linear additive of Ca0.85Bi0.1TiO3” 发表于化工方向顶级期刊《Chemical Engineering Journal》。第一作者为材料科学与工程学院硕士生陈鹏飞，安徽大学为论文唯一通讯单位。
A位自缺陷的线性电介质降低剩余极化、增强击穿场强，提升介电储能性能