隨著新能源技術的逐步推廣，對儲能密度高、工作溫度高、工作電壓高、溫度穩定性好的電容器的需求日益增長。近年來，研究人員一直致力于提高鉛基 (PbZrO₃)、鈦基( (Bi_0.5Na_0.5)TiO₃ 和 BaTiO₃) 和鐵基 (BiFeO₃) 多層陶瓷電容器的儲能性能。然而，鈮酸鈉作為研究最廣泛的無鉛反鐵電材料之一，鈮酸鈉基多層陶瓷電容器的研究卻鮮有報道。

近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所鐵電陶瓷材料與器件課題組王根水研究員團隊設計了一種新型0.67NaNbO₃-0.18(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-0.15Bi(Mg_0.5Hf_0.5)O₃無鉛多層陶瓷電容器并得到優異的綜合儲能性能。中子衍射結果表明隨著(B_i0.5Na_0.5)TiO₃以及Bi(Mg_0.5Hf_0.5)O₃的引入，圍繞cp軸的無序傾斜，破壞了Na和Bi離子的長程有序，誘導極性納米微區的產生，同時增強了弛豫行為，從而確保了優異的儲能性能。基于此優化的介質層組分，對多層陶瓷電容器的多層結構進一步進行了優化，設計了介質層為 5.5μm、層數為9層的多層陶瓷電容器。最終在1100 kV/cm的電場下，0.67NaNbO₃-0.18(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-0.15Bi(Mg_0.5Hf_0.5)O₃ 多層電容器獲得了超高的儲能密度（12.65 J/cm³）和儲能效率（88.5%），實現了鈮酸鈉基多層陶瓷電容器性能突破。同時，還表現出優異的溫度穩定性(-100 ~ 150℃ )、和循環疲勞穩定性(高達10⁷次)。該研究突出了鈮酸鈉基多層陶瓷電容器在儲能應用中的優秀潛力，為惡劣工況下高性能無鉛多層陶瓷電容器設計開辟了新的研究方向。

相關成果以“NaNbO₃-Based Multilayer Ceramic Capacitors with Ultrahigh Energy Storage Performance”為題發表在Advanced Energy Materials (2024)上。論文第一作者是上海硅酸鹽所博士研究生呂重謙和澳大利亞國立大學Research Fellow陸騰博士，通訊作者是上海硅酸鹽所王根水研究員和劉振副研究員。相關研究得到了國家自然科學基金、上海市浦江人才計劃、中國科協青年人才托舉工程、火炬高端介質材料研發基金等項目的資助和支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202304291.

(a) NN-BNT-100yBMH陶瓷的電滯回線， (b) NN-BNT-100yBMH陶瓷的儲能特性， (c) NN-BNT-100yBMH陶瓷在100kHz下的介電溫譜， (d) NN-BNT-100yBMH陶瓷的XRD譜圖.

NN-BNT和NN-BNT-15BMH陶瓷的 (a-b)中子衍射精修結果 ，(c-f) 晶體結構，(g-f) TEM分析

NN-BNT-15BMH MLCCs的 (a) 光學照片，(b) SEM與EDS結果，(c-e) TEM分析結果，（f-g）電滯回線與儲能特性，（i）NN-BNT, NN-BNT-15BMH陶瓷和NN-BNT-15BMH MLCCs的儲能特性對比，(j)NN-BNT-15BMH MLCCs與其他體系的MLCCs儲能特性的對比

NN-BNT-15BMH MLCCs的(a-b) 變溫電滯回線及儲能特性， (c) 電容隨溫度的變化， (d-f) 變溫拉曼光譜

NN-BNT-15BMH MLCCs的 (a-b) 疲勞電滯回線及儲能特性，(c, e)欠阻尼充放電性能，(d, f)過阻尼充放電性能