西安交通大学 获得陶瓷电容器储能密度最高值

近日，西安交通大学电信学部徐卓、李飞课题组基于钙钛矿晶体电致伸缩效应的各向异性特点，提出了一种新的设计思路，即通过控制晶粒取向，降低陶瓷电容器在强场下所产生的应变和应力，避免微裂纹和拉伸应力所导致的陶瓷击穿，从而提高其击穿电场强度和储能密度，获得目前已知陶瓷电容器的最高值。相关成果于6月15日在线发表于《自然—材料》。

作为一种重要的储能电子元件，陶瓷电容器具有放电功率高、温度稳定性好和循环寿命长等优点，在先进电子和电力系统中起着至关重要的作用，特别是在脉冲功率技术领域有着不可替代的应用。当前，电子器件正向小型化、轻型化方向发展，这也对陶瓷电容器的储能密度提出了更高的要求。

研究人员介绍，为了实现这一想法，课题组通过近2年的技术攻关，首次合成了取向的钛酸锶模板，进而，利用流延—模板法成功制备了织构度达91%的高质量取向钛酸锶铋钠多层织构陶瓷电容器，大幅降低了陶瓷在强场下的电致应变，提高了击穿电场，获得了高达21.5 J cm-3的储能密度，也是目前已知陶瓷电容器的最高值。

另外，该项研究提出的材料设计思路，可广泛应用于其他电子功能陶瓷，如基于电卡效应的固态制冷陶瓷等，提高它们在强场条件下工作的稳定性和可靠性。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41563-020-0704-x