中国科学院上海硅酸盐研究所制备出高储能密度和高效率的高熵多层电容器

中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室王根水研究员团队在介质电容器领域取得重要进展。该团队基于铌酸盐钨青铜（TTB）结构，通过多位点高熵设计，成功制备了(Na_1/6K_1/6Sr_1/6Ag_1/6Ba_1/6La_1/6)₆Nb₁₀O₃₀高熵多层电容器中实现了20.2 J^.cm^-3的高储能密度和93.8%的高储能效率。此外，该多层电容器还表现出优异的疲劳稳定性和温度稳定性。该研究提出了多位点结构调控作为设计新一代高熵功能材料的独特方法，拓展了介质电容器的研究范畴。

相关成果以“Harnessing Multi-site High-Entropy Architecture for Ultrahigh Energy Storage Multilayer Capacitors”发表在Journal of the American Chemical Society (DOI:10.1021/jacs.5c12566)。上海硅酸盐所副研究员刘振、博士研究生彭浩南和澳大利亚国立大学Research Fellow陆腾为共同第一作者，通讯作者是上海硅酸盐所研究员王根水、澳大利亚伍伦贡大学教授张树君、澳大利亚国立大学教授刘芸。相关研究得到了国家自然科学基金、上海市浦江人才计划、中国科协青年人才托举工程、火炬高端介质材料研发基金等项目的资助和支持。

图1. (a)基于TTB结构的多位点高熵设计，(b-c)TTB高熵陶瓷的介电和储能性能，(d) TTB高熵陶瓷的原子级EDS图

图2. (a-d) TTB高熵陶瓷的结构精修，(e-h) TTB高熵陶瓷的晶格结构畸变

图3. (a-h)基于RMC-PDF的TTB高熵陶瓷局域极化结构，(i-l)基于iDPC-STEM和HAADF-STEM的TTB高熵陶瓷局域极化分布

图4. (a)TTB高熵电容器的形貌和元素分布，(b-f) TTB高熵电容器的储能和放电特性