近日，南京理工大学王尧金团队通过局域极性结构设计，在无铅陶瓷电容器中实现了14.5 J cm⁻³的超高储能密度和88%的高效率。该成果发表在 Nature Communications 上。
介电电容器是脉冲和高功率设备中至关重要的储能模块。然而，由于最大极化强度（Pmax）、剩余极化强度（Pr）和击穿电场强度（Eb）之间的制约关系，同时提高可恢复储能密度（Wrec）和效率（η）仍然是一个挑战。为此，我们提出了一种在BiFeO₃基陶瓷中进行局域极性结构设计的策略。通过引入NaNbO₃，在弱极性基体中创建了嵌入的、持久的极性纳米区域，从而实现了巨大的极化差ΔP（56.4 μC cm⁻²）、低Pr（3.6 μC cm⁻²）和高Eb（66 kV mm⁻¹），最终获得了14.5 J cm⁻³的超高Wrec和88%的高η。通过二维/三维原子位移映射直接可视化的局域结构，使得材料在施加电场下具有高Pmax，在零场下具有低Pr，这一机制通过相场模拟得到了明确验证。同时，优化的微观结构和增强的绝缘性能贡献了巨大的Eb。这项工作为克服多参数之间的矛盾提供了见解，并为前沿储能应用铺平了可行的道路。
Zhang, J., Li, Z., Wang, S. et al. Ultrahigh energy-storage in lead-free ceramic capacitors via local structure design. Nature Communications. https://doi.org/10.1038/s41467-026-71276-4
⚡️本文关键名词“局域极性结构设计”是指在材料基体中引入并调控纳米尺度的极性区域，以协同优化极化与击穿性能，从而大幅提升储能密度。⚡️作者在该领域的主要贡献是提出并验证了在无铅铁电陶瓷中通过构建“嵌入的持久极性纳米区域”来打破储能参数之间制约关系的新策略。⚡️当前无铅储能陶瓷领域的前沿发展正致力于通过微观结构工程与局域结构调控，在满足环保要求的同时，实现储能性能的跨越式提升，以应用于下一代高功率电子器件。
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