韦悦周、罗能能:反铁电材料储能的重要研究成果

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电介质电容器具有快速充放电速率和超高的功率密度等优点，在电力电子、新能源汽车、以及脉冲功率系统中发挥着关键作用。小型化和轻量化是该类电容器的发展方向。无铅反铁电陶瓷是一类环保且性能优异的电介质储能材料，利用电场诱导的反铁电-铁电相变被认为是提高该类材料储能密度的有效方法。然而，反铁电-铁电相变引起的回滞会导致较大的能量损耗，难以同时实现高的储能密度和效率，这也成为制约该类电容器发展的关键问题。

反铁电材料储能

       针对上述问题，我院稀贵金属分离及新材料研究所韦悦周教授、罗能能副教授团队通过构建弛豫相界的方法，在AgNbO3反铁电陶瓷中同时实现了高储能密度和储能效率。研究团队首先分析了AgNbO3的相变规律，认为M2-M3相变可能存在弛豫特性，然后通过引入AgTaO3组元成功将M2-M3相变温度从~270oC调节室温附近，从而在0.45AgNbO3-0.55AgTaO3中获得了室温M2-M3相界。进而，在该陶瓷中实现了高达6.2 J/cm3的储能密度和90%的储能效率。该材料在25~150oC 范围内表现出优异的稳定性，储能密度和效率变化率均小于5%，并且在循环106次后储能性能基本保持不变。同时，研究人员通过同步X射线衍射（SXRD）和原子分辨扫描透射电子显微镜(STEM)证实了反铁电有序和局域结构不均匀的存在，刷新了人们长期以来对M2-M3相界的认识。优异的储能特性表明AgNbO3体系具有良好的应用前景，同时也为高性能反铁电储能电容器材料的设计提供了新思路。
       近日，相关研究成果以“Constructing phase boundary in AgNbO3 antiferroelectrics: pathway simultaneously achieving high energy density and efficiency”为题发表于Nature子刊《Nature Communications》。广西大学为第一署名单位，共同作者单位包括澳大利亚伍伦贡大学、澳大利亚悉尼大学、清华大学、华中科技大学、香港大学。
       该研究工作得到了国家自然科学基金、广西创新发展驱动发展专项、广西自然科学基金、广西有色金属及特色材料加工重点实验室主任基金、澳大利亚研究理事会基金等项目的共同资助。
       论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-18665-5


       文章来源：广西大学
       韦悦周，男，广西大学教授。1962年9月出生，广西“八桂学者”入选者，博士生导师。1983年毕业于中南大学选矿专业，1984年留学日本，1990年获日本東北大学冶金工程专业博士学位。1992至2007年在日本产业创造研究所原子能化工研究中心工作，历任研究员、主任研究员、主席研究员、研究部长。2008年任日本东北大学加速器与同位素研究中心副教授，2009年升任教授。2010年6月作为特聘教授到上海交通大学工作，2013年起担任核科学与工程学院院长。北京大学兼职教授，中科院上海应用物理研究所客座研究员。2016年7月以“杰出人才”层次引进到广西大学资源与冶金学院，负责“广西大学金属资源高效利用及环境保护协同创新中心”的创建工作。
       罗能能，清华大学博士，广西大学副教授，硕士生导师。发表SCI学术论文18篇，第一作者论文8篇。2013至2015年间赴美国宾夕法尼亚州立大学材料系ThomasR Shrout和Shujun Zhang教授课题组与德国达姆斯塔特工业大学JürgenRödel教授课题组进行了长期访问。