介质电容器已成为电子电气系统的关键使能技术。尽管基于铁电陶瓷和铁电薄膜的电容器的发展已经取得了长足的进步，但在提高铁电材料能量密度的同时防止极化疲劳的研究却少之又少。

近日，同济大学翟继卫教授，华中科技大学张光祖副教授，宾夕法尼亚州立大学Qing Wang教授报道了在107个充/放电循环和-60至200 °C的宽温度范围内，具有铁电Aurivillius相的Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂-BiFeO₃（BLT-BFO）表现出最佳的电容性能和出色的稳定性，这是有报道记录的具有最佳电容性能的铁电材料之一。

文章要点

1）研究发现，BLT中掺入BFO会改变BLT晶格的化学压强，从而显著提高自发极化和能量存储性能。同时，引入的BFO产生了纳米级的畴和更多的晶界以及引入Fe²⁺和Fe³⁺作为电荷陷阱，从而降低了铁电磁滞和传导损耗，显著提高了能量效率和放电能量密度。

2）由于降低了BFO改性BLT膜的泄漏电流密度，其击穿强度也得到了有效提高。因此完全解决了高能密度电容器Aurivillius相铁电体的关键局限性。高应用和广泛的温度和频率范围内应用结果显示，BLT-BFO具有出色的疲劳耐久性，极好的极化稳定性和电容性能。例如，当在2600 kV cm^-1的电场下进行107次充放电循环后，其能量密度和充放电效率仅变化1.5％和1％。

这项工作为Aurivillius相铁电体的合理设计提供了新的范例，并为设计用于储能和转换应用的完全不同类别的铁电体提供了新的途径。

Zhongbin Pan, et al, Fatigue-Free Aurivillius Phase Ferroelectric Thin Films with Ultrahigh Energy Storage Performance, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202001536

https://doi.org/10.1002/aenm.202001536