化学设计同时具有高能量密度(W_rec)和高效率(η)的无铅弛豫电容式储能材料一直是先进电子系统面临的一大挑战。目前的情况表明，要实现如此优越的储能性能，需要高度复杂的化学成分。

近日，北京科技大学Hui Liu，Jun Chen通过局部结构设计，可以在化学成分非常简单的弛豫器中获得10.1 J/cm³的超高W_rec，同时具有90%的高η，以及良好的热稳定性和频率稳定性。

文章要点

1）通过在经典的BaTiO₃铁电材料中引入6S²孤对立体化学活性铋来产生A位和B位的极移失配，可以形成具有强烈局域极涨落的弛豫态。

2）通过改进的原子分辨位移图和基于中子/X射线总散射的三维重建纳米结构，发现局域化的铋大大增加了几个钙钛矿晶胞的极长，破坏了长程相干的钛极移，导致了极小尺寸的极团簇和强烈的局部极涨落的泥状结构。

3）这种有利的弛豫态表现出显著增强的极化，并在高击穿强度时使磁滞最小。

这项工作为化学设计新的具有简单组成的高性能电容储能材料提供了一条可行的途径。

参考文献

Zheng Sun, et al, Superior Capacitive Energy-Storage Performance in Pb-Free Relaxors with a Simple Chemical Composition, J. Am. Chem. Soc., 2023

DOI: 10.1021/jacs.2c12200

https://doi.org/10.1021/jacs.2c12200