近日，深圳先進電子材料國際創新研究院王大偉研究員（通訊作者），與英國謝菲爾德大學Ian M. Reaney 教授（通訊作者）、澳大利亞伍倫貢大學的張樹君教授（通訊作者）等合作，以Electroceramics for High Energy Density Capacitors: Current Status and Future Perspectives（https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c01264.）為題, 在綜述類頂刊Chemical Reviews（IF=52.758）上發表綜述文章。
該綜述指出，電介質儲能陶瓷電容器屬于無源組件類別的電能儲存設備，僅多層陶瓷電容器（MLCC）每年就有超過3萬億個應用在各類別電子產品中。僅僅在過去的兩年時間（2018-2020）里，對于各類電介質儲能陶瓷電容器的新材料研究推動其儲能性能指標增長數倍，其文章發表數量更是在過去的十年內（2010-2020）成指數增長。在中科院基于2014-2019年論文數據統計的《2020研究前沿》報告中，無鉛儲能陶瓷更是力壓生物、催化、電池等傳統熱門材料成為化學與材料科學類別最熱門前沿研究方向。
本綜述中，作者對于電介質儲能電子陶瓷領域，此文突出貢獻主要體現在以下三個方面：1）從物理性質、電學性質、材料微觀結構及材料電學微觀結構等角度總結了優化陶瓷能量密度的關鍵因素。除已報道的微觀結構因素外，還討論了電學微觀結構對優化能量密度的重要性，例如降低電導率和促進電學同質性等方面在優化擊穿場強中起著至關重要的作用。2)對于至今已報道的高能量密度電介質陶瓷做最全面的分類和總結（鉛基/無鉛塊狀陶瓷、多層陶瓷、陶瓷膜類和玻璃陶瓷），集中討論了針對各類關鍵材料的優化方法，使讀者清楚了解每一種材料關鍵品質因數的優缺點以及目前科研的最新技術水平。3）首次詳細的給出了如何通過構建弛豫鐵電體和改善反鐵電體來實現組分優化和性能提升，為該領域的未來研究提供了極為寶貴的指南。
在前期研究工作中，深圳先進電子材料國際創新研究院王大偉研究員通過相關優化陶瓷電容器儲能密度設計思路在弛豫鐵電體（Energy Environ. Sci., 2020, 13, 2938-2948，Energy Environ. Sci., 2019, 12, 582-588, Energy Storage Mater., 2021, 38, 113-120）、反鐵電體（Nano Energy, 2021, 79, 105423）等體系中展開深入研究，實現了一系列相關體系陶瓷電容器的儲能性能突破。
圖1 電介質儲能陶瓷電容器應用領域及過去十年內論文發表情況
圖2 不同材???四個重要指標總結（Wrec、Emax、ΔP 和η）
圖3 構建弛豫鐵電體和改善反鐵電體實現組分優化和性能提升
文字|前瞻材料研究中心
編輯|綜合管理部文宣辦