同一第一作者2年后再发Science，这个超高能量密度器件循环了100000000次！

清华大学南策文院士和林元华教授团队继2019年8月9日在Science发表题为“Ultrahigh–energy density lead-free dielectric films via polymorphic nanodomain design” 文章后， 今日联合中国科学院物理研究所金奎娟研究员再次在Science发表弛豫铁电薄膜实现超高储能密度文章。

【研究亮点】展示了具有超顺电设计的弛豫铁电薄膜的超高储能性能。在超顺电Sm-doped BFO-BTO (Sm-BFBT)薄膜中实现了152J cm-3的超高能量密度，并显著提高了能量存储效率。

【主要内容】与电化学储能技术相比，基于介电电容器的静电储能是实现快速充放电速度（微秒级）和超高功率密度的最佳设备。因此，介电电容器在电子设备和电力系统中扮演着越来越重要的角色。然而，介电电容器相对较低的储能密度阻碍了其更广泛的应用，需要实现器件小型化、系统紧凑化和降低成本来实现其广泛应用。因此，大量研究集中在开发具有更高能量密度同时可靠且高效的电介质上。

鉴于此，研究人员首先进行了相场模拟证明基于温度的超顺电弛豫铁电体设计在提高介电储能性能方面的有效性。他们模拟了 10 mol% Sm 掺杂的 yBFO-(1 − y)BTO (Sm-BFBT；y = 0.1- 0.9）的一系列组成， 其中y=0. 3时性能最佳。使用BFO-BTO是因为它是一种具有高Pm的弛豫铁电体。采用Sm掺杂是因为它可以有效地增加局部异质性，这有助于在弛豫铁电体中实现SPE特征。其特征是纳米畴尺寸减小到几个晶胞的极性簇，已被证明可以显著提高整体介电储能性能。在30 mol% Sm 30BFO-70BTO的超顺电弛豫铁电体薄膜中实现了最大能量密度(152 J cm-3)，相对于弛豫铁电体薄膜（无掺杂时为77 J cm-3）提高了97%。其性能也在20 kHz 和 2.0 MV cm-1 的加速充电和放电测试中实现了1 × 108循环，同时能量密度和效率下降均低于5%。该策略对具有各种成分和结构的基于弛豫铁电体的储能电介质具有广泛的适用性。同时超顺电设计还可用于优化其他基于弛豫铁电体同时需要最小滞后的的功能。

原文：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abi7687