关于加强学校科研学术类宣传稿件审批工作的通知

供稿单位

材料与物理学院

作者及学校

署名情况

蔡子明，共同一作，中国矿业大学（2/6）

联系方式

18811328677

是否涉密

否

标题

Ultra-high energy storage performance in lead-free multilayer ceramic capacitors via a multiscale optimization strategy

（多尺度优化设计实现无铅多层陶瓷电容器优异的综合储能特性）

国内外现有研究情况：

在最新发布的《2020研究前沿》报告中，“无铅储能陶瓷”成为化学与材料学科研究领域最热门研究方向。国内外近年来关于储能陶瓷的研究很多，然而受限于陶瓷的击穿场强（<300kV/cm），使得陶瓷块材的储能密度通常低于4J/cm³，远低于聚合物和聚合物基复合材料的储能密度（20~30 J/cm³）。因此利用多层陶瓷电容器（MLCC）进行储能成为更新兴的领域。然而在实验室中，制备MLCC对工艺要求严格，目前国内主要有西安交通大学李飞教授团队和清华大学王晓慧教授团队开展研究，国外主要有英国谢菲尔德大学的Ian M. Reaney教授团队。在本工作发表之前，采用传统MLCC工艺制备的新型储能MLCC中储能密度的最高值是Ian M. Reaney教授团队报道的10.5 J/cm³，储能效率为87%，同时该工作中MLCC内电极采用了较为昂贵的Pt电极。而本人从清华大学王晓慧教授课题组毕业，入职中国矿业大学之后，继续与王晓慧教授课题组深入合作，采用多尺度设计的方法，利用两段式无压烧结方法制备了以60Ag/40Pd为内电极的具备优异储能性能的储能MLCC，储能密度为18.24 J/cm³，是当前报道中的最高值。该储能MLCC同时兼具超高的储能效率（94.5%），快速充放电（450 ns），优异的温度稳定性（25~190℃性能变化<10%）和循环稳定性（5万次循环性能变化<±2%）。

本研究的突破点、价值、对解决经济社会发展中关键问题的贡献影响：

（请如实填写该成果的新发现、新观点、新原理等标志性成果及其质量、影响，或在新技术、新材料、新设备、新方案等方面的质量、影响，或成果在促进产业技术水平提升、成果转化对产业升级带动作用，对解决经济社会发展和国家安全等作出的贡献、学术影响力等）

该研究从多尺度设计的角度出发，提出了一种提高储能MLCC击穿场强、储能密度和储能效率的普适方法，从原子尺度到器件尺度进行设计，既包含了对微观结构的改性又结合了材料体系的改性和工艺制备的改进，在储能MLCC领域取得了关键性的进展，获得了高达18.24 J/cm³的储能密度，把目前无铅储能陶瓷领域的研究推向新的高度，与聚合物基储能介质的储能密度基本相当，同时拥有更好的储能效率，温度特性等，为储能MLCC的实际应用提供了可能。与现有的商业储能电容器PLZT基电容器（型号B5803115105）、BT基电容器（型号C1812C334K）以及聚丙烯电容器（型号R75PI3330AA30J）相比，能量密度分别提升了14，27和988倍，同时MLCC的体积更小，更容易表面贴装。

高端普通型MLCC的设计与制备技术被以日本村田为代表的日本、韩国、美国等国外元器件巨头企业垄断，国内MLCC产业的发展相对滞后。但是对于目前新型高储能密度MLCC仍处于实验室研发阶段，我们的该项研究工作表明，我们在储能MLCC的研究中已处于国际领先水平，借助企业MLCC制备的成熟工艺，该项研究有望实现产业化，对国内目前的MLCC产业带了大幅度的革新。

成果公开的期刊、学术会议或评审单位及其层次水平：

该项研究发表于能源领域顶级期刊Energy & Environmental Science（影响因子：30.289），该期刊聚焦能源与环境领域的关键性进展，在储能领域具有广发的影响力。

作者承诺：

1. 本宣传报道不涉及国家秘密。2、本报道没有不宜公开的技术秘密、学校内部事项。3、本报道所述成果评价、影响力等符合相关评价标准，表述客观。

作者签字：           年　　　月　　　日

单位审批意见

内容是否涉密：  内容是否原创：

成果水平：

负责人签章：            年　　　月　　　日