汪宏课题组:介质储能电容器领域取得重要进展

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随着全球社会经济的深度发展，能源危机愈演愈烈，新能源技术的开发与利用已经成为关乎人类社会发展的关键所在。电介质储能电容器作为一种重要储能器件，在功率密度、充放电速率与服役寿命等方面具有巨大优势，但受低储能密度等因素的影响，其进一步推广应用受到极大限制。电介质电容器的储能密度，主要受到极化强度与击穿场强两个因素的影响，且二者之间还存在着此高彼低的倒置关系。因此，破解电介质材料中极化强度与击穿场强的倒置关系，已成为开发高性能电介质储能电容器的重中之重。

       汪宏教授课题组从仿生工程的视角出发，在BaTiO3-Bi(Mg0.5Zr0.5)O3基体中设计开发出了一种具有类树莓形态的多级核壳结构的储能陶瓷材料，突破了传统核壳结构复相陶瓷以牺牲部分极化强度为代价的击穿场强增强策略，成功实现了极化强度与击穿场强的协同优化，从而实现储能密度的极大提升。该工作通过对类树莓结构复合陶瓷在纳米尺度上的界面组成、分布状态与宏观性能（极化强度、击穿场强）之间内在关系的深入探索，并结合有限元仿真技术对击穿过程的动态直观解析，深刻揭示了该结构对储能性能的增强机制。最终，在BT-BMZ基全无机树莓结构纳米复合材料中获得了3.41J/cm3的储能密度与85.1%的储能效率，并实现了储能性能在30~150℃温度范围内的超高稳定性。
       上述研究成果以“Bioinspired hierarchically structured all-inorganic nanocomposites with significantly improved capacitive performance”为题发表在国际著名期刊Advanced Functional Materials（IF=15.62）上，并被评选为封面论文（back cover）。西安交通大学功能材料研究中心博士生袁启斌为本文的第一作者，汪宏教授与姚方周博士为本文的共同通讯作者，西安交通大学为本文的第一作者和第一通讯单位，南方科技大学、清华大学与美国宾州州立大学为本文合作单位。该研究工作是汪宏教授课题组在电介质储能领域多项研究成果发表在Advanced Materials，Nano Energy，Journal of Materials Chemistry A等国际著名期刊后的又一重要成果。
      该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金项目等项目的支持。
      论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000191
      文章来源：西安交通大学
      汪宏教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，西安交通大学研究生院副院长。主要研究领域为电子陶瓷与器件、微波介质材料与器件、功能复合材料与器件、介电性能测试技术。现任亚洲电子陶瓷联盟(AECA) 执委会执委，国际电气电子工程师协会（IEEE UFFC）铁电委员会委员，IEEE高级会员，IEEE TUFFC副主编，担任国际电子陶瓷会议（ICE）、国际微波材料及其应用会议（MMA）等系列国际会议的国际顾问委员会委员，多次担任重要国际会议主席、程序主席、共同主席和分会主席等，应邀在国际会议上做特邀报告23次。担任应用物理快报(Appl.Phys.Lett.)、应用物理学报（J. Appl. Phys.）、美国陶瓷学会学报（J.Am.Ceram.Soc.）等十余种国际学术期刊的论文审稿人。2005年入选教育部“新世纪优秀人才培养计划”，获第十届霍英东高校青年教师奖和第六届陕西省青年科技奖，2009年获中华全国总工会“全国女职工建功立业标兵”称号，2010年获国家杰出青年基金资助。