电子材料院发表高能量密度电容器用电子陶瓷的综述文章

近日,深圳先进电子材料国际创新研究院王大伟研究员(通讯作者),与英国谢菲尔德大学Ian M. Reaney 教授(通讯作者)、澳大利亚伍伦贡大学的张树君教授(通讯作者)等合作,以Electroceramics for High Energy Density Capacitors: Current Status and Future Perspectives (https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c01264.)为题, 在综述类顶刊Chemical Reviews(IF=52.758)上发表综述文章。


该综述指出,电介质储能陶瓷电容器属于无源组件类别的电能储存设备,仅多层陶瓷电容器(MLCC)每年就有超过3万亿个应用在各类别电子产品中。仅仅在过去的两年时间(2018-2020)里,对于各类电介质储能陶瓷电容器的新材料研究推动其储能性能指标增长数倍,其文章发表数量更是在过去的十年内(2010-2020)成指数增长。在中科院基于2014-2019年论文数据统计的《2020研究前沿》报告中,无铅储能陶瓷更是力压生物、催化、电池等传统热门材料成为化学与材料科学类别最热门前沿研究方向。


本综述中,作者对于电介质储能电子陶瓷领域,此文突出贡献主要体现在以下三个方面:1)从物理性质、电学性质、材料微观结构及材料电学微观结构等角度总结了优化陶瓷能量密度的关键因素。除已报道的微观结构因素外,还讨论了电学微观结构对优化能量密度的重要性,例如降低电导率和促进电学同质性等方面在优化击穿场强中起着至关重要的作用。2)对于至今已报道的高能量密度电介质陶瓷做最全面的分类和总结(铅基/无铅块状陶瓷、多层陶瓷、陶瓷膜类和玻璃陶瓷),集中讨论了针对各类关键材料的优化方法,使读者清楚了解每一种材料关键品质因数的优缺点以及目前科研的最新技术水平。3)首次详细的给出了如何通过构建弛豫铁电体和改善反铁电体来实现组分优化和性能提升,为该领域的未来研究提供了极为宝贵的指南。


在前期研究工作中,深圳先进电子材料国际创新研究院王大伟研究员通过相关优化陶瓷电容器储能密度设计思路在弛豫铁电体(Energy Environ. Sci., 2020, 13, 2938-2948,Energy Environ. Sci., 2019, 12, 582-588, Energy Storage Mater., 2021, 38, 113-120)、反铁电体(Nano Energy, 2021, 79, 105423)等体系中展开深入研究,实现了一系列相关体系陶瓷电容器的储能性能突破。



图1 电介质储能陶瓷电容器应用领域及过去十年内论文发表情况


图2 不同材料四个重要指标总结(Wrec、Emax、ΔP 和η)



图3 构建弛豫铁电体和改善反铁电体实现组分优化和性能提升