近日，深圳先進(jìn)電子材料國際創(chuàng)新研究院王大偉研究員（通訊作者），與英國謝菲爾德大學(xué)Ian M. Reaney 教授（通訊作者）、澳大利亞伍倫貢大學(xué)的張樹君教授（通訊作者）等合作，以Electroceramics for High Energy Density Capacitors: Current Status and Future Perspectives（https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c01264.）為題, 在綜述類頂刊Chemical Reviews（IF=52.758）上發(fā)表綜述文章。
該綜述指出，電介質(zhì)儲能陶瓷電容器屬于無源組件類別的電能儲存設(shè)備，僅多層陶瓷電容器（MLCC）每年就有超過3萬億個應(yīng)用在各類別電子產(chǎn)品中。僅僅在過去的兩年時間（2018-2020）里，對于各類電介質(zhì)儲能陶瓷電容器的新材料研究推動其儲能性能指標(biāo)增長數(shù)倍，其文章發(fā)表數(shù)量更是在過去的十年內(nèi)（2010-2020）成指數(shù)增長。在中科院基于2014-2019年論文數(shù)據(jù)統(tǒng)計的《2020研究前沿》報告中，無鉛儲能陶瓷更是力壓生物、催化、電池等傳統(tǒng)熱門材料成為化學(xué)與材料科學(xué)類別最熱門前沿研究方向。
本綜述中，作者對于電介質(zhì)儲能電子陶瓷領(lǐng)域，此文突出貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在以下三個方面：1）從物理性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)、材料微觀結(jié)構(gòu)及材料電學(xué)微觀結(jié)構(gòu)等角度總結(jié)了優(yōu)化陶瓷能量密度的關(guān)鍵因素。除已報道的微觀結(jié)構(gòu)因素外，還討論了電學(xué)微觀結(jié)構(gòu)對優(yōu)化能量密度的重要性，例如降低電導(dǎo)率和促進(jìn)電學(xué)同質(zhì)性等方面在優(yōu)化擊穿場強(qiáng)中起著至關(guān)重要的作用。2)對于至今已報道的高能量密度電介質(zhì)陶瓷做最全面的分類和總結(jié)（鉛基/無鉛塊狀陶瓷、多層陶瓷、陶瓷膜類和玻璃陶瓷），集中討論了針對各類關(guān)鍵材料的優(yōu)化方法，使讀者清楚了解每一種材料關(guān)鍵品質(zhì)因數(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)以及目前科研的最新技術(shù)水平。3）首次詳細(xì)的給出了如何通過構(gòu)建弛豫鐵電體和改善反鐵電體來實現(xiàn)組分優(yōu)化和性能提升，為該領(lǐng)域的未來研究提供了極為寶貴的指南。
在前期研究工作中，深圳先進(jìn)電子材料國際創(chuàng)新研究院王大偉研究員通過相關(guān)優(yōu)化陶瓷電容器儲能密度設(shè)計思路在弛豫鐵電體（Energy Environ. Sci., 2020, 13, 2938-2948，Energy Environ. Sci., 2019, 12, 582-588, Energy Storage Mater., 2021, 38, 113-120）、反鐵電體（Nano Energy, 2021, 79, 105423）等體系中展開深入研究，實現(xiàn)了一系列相關(guān)體系陶瓷電容器的儲能性能突破。
圖1 電介質(zhì)儲能陶瓷電容器應(yīng)用領(lǐng)域及過去十年內(nèi)論文發(fā)表情況
圖2 不同材???四個重要指標(biāo)總結(jié)（Wrec、Emax、ΔP 和η）
圖3 構(gòu)建弛豫鐵電體和改善反鐵電體實現(xiàn)組分優(yōu)化和性能提升
文字|前瞻材料研究中心
編輯|綜合管理部文宣辦