电介质电容器具有快速充放电速率和超高的功率密度等优点，在电力电子、新能源汽车、以及脉冲功率系统中发挥着关键作用。小型化和轻量化是该类电容器的发展方向。无铅反铁电陶瓷是一类环保且性能优异的电介质储能材料，利用电场诱导的反铁电-铁电相变被认为是提高该类材料储能密度的有效方法。然而，反铁电-铁电相变引起的回滞会导致较大的能量损耗，难以同时实现高的储能密度和效率，这也成为制约该类电容器发展的关键问题。

针对上述问题，实验室罗能能副教授等科研人员通过构建弛豫相界的方法，在AgNbO₃反铁电陶瓷中同时实现了高储能密度和储能效率。研究团队首先分析了AgNbO₃的相变规律，认为M2-M3相变可能存在弛豫特性，然后通过引入AgTaO₃组元成功将M2-M3相变温度从~270^oC调节室温附近，从而在0.45AgNbO₃-0.55AgTaO₃中获得了室温M2-M3相界。进而，在该陶瓷中实现了高达6.2 J/cm³的储能密度和90%的储能效率。该材料在25~150^oC 范围内表现出优异的稳定性，储能密度和效率变化率均小于5%，并且在循环10⁶次后储能性能基本保持不变。同时，研究人员通过同步X射线衍射（SXRD）和原子分辨扫描透射电子显微镜(STEM)证实了反铁电序列和极化纳米微区的存在。优异的储能特性表明AgNbO₃-AgTaO₃体系具有良好的应用前景，同时也为高性能反铁电储能电容器材料的设计提供了新思路。

近日，相关研究成果以“Constructing phase boundary in AgNbO₃ antiferroelectrics: pathway simultaneously achieving high energy density and efficiency”为题发表于Nature子刊《Nature Communications》。广西大学为第一单位，共同作者单位包括：澳大利亚悉尼大学、澳大利亚伍伦贡大学、清华大学、华中科技大学、香港大学。该研究工作得到了国家自然科学基金、广西创新发展驱动发展专项、广西自然科学基金、广西有色金属及特色材料加工重点实验室主任基金、澳大利亚研究理事会基金等项目的共同资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-18665-5