近日，世界杯材料科学与工程学院李伟教授团队联合澳大利亚伍伦贡大学程振祥教授、中科院上海硅酸盐研究所曾华荣研究员、同济大学钱进博士，在电介质储能陶瓷领域取得新的进展。相关研究成果以《Polymorphic Superparaelectric Engineering Boosting Energy Storage Capacity in BaTiO₃ -Based Ceramics》（多态超顺电工程提升BaTiO₃基陶瓷储能性能）为题，发表在国际权威期刊《Advanced Science》（先进科学），影响因子14.1，DOI: 10.1002/advs.202524252。论文第一作者为硕士研究生刘盼，通讯作者为李伟，郝继功，世界杯官网为第一署名单位。

　　全球能源消费攀升与可再生能源发展，催生了对先进储能技术的迫切需求。BaTiO₃基铁电陶瓷兼具高介电常数、低损耗及高热稳定性，成为无铅储能陶瓷领域的研究焦点，但充放电极化滞后，以及极化强度（ P _{ma x} ）与击穿电场（ E _b）间的固有权衡关系限制了其在脉冲功率器件中的应用。超顺电体（SPE）借助内部高动态纳米极性微区（PNRs）间的弱耦合作用，实现极化畴的快速可逆翻转，为提升可恢复储能密度（ W _rec）和储能效率（ η ）提供了潜在路径。但单相SPE固有的低 P _{ma x} ，从本质上制约了 W _rec的提升空间。因此，打破现有材料的性能桎梏，构建高性能无铅陶瓷体系，成为当前该领域的关键研究挑战。本研究引入多态超顺电工程调控策略，成功构建了一种具有多态PNRs特征极化构型的B_{1- x} C _x T-BMS无铅铁电陶瓷体系。其中，B_0.82C_0.18T-BMS材料展现出 E _b = 820 kV/cm， P _{ma x} = 41.5 μC/cm²， W _rec = 9.8 J/cm³和 η = 88.5%，综合性能处于已报道无铅块体陶瓷材料的领先水平。此外，该材料在-55~100 ℃宽温域、1~400 Hz宽频段及10⁵次充放电循环条件下均表现出卓越的储能稳定性，值得指出的是，其循环过程中的储能性能波动幅度仅小于0.3%。上述结果表明，该材料有望成为下一代极端环境下脉冲功率电容器的理想候选材料。

　　图1. 多态超顺电工程策略示意图。

　　本研究基于室温超顺电态概念，引入Ca²⁺实现CaTiO₃与BaTiO₃衍生顺电态的协同共存，在基体陶瓷中稳定构建出立方-正交-四方（C-O-T）多态超顺电相结构，为实现高储能性能应用奠定关键结构基础。该极化构型可有效降低极化翻转能垒，促使畴结构在外电场下实现快速可逆翻转，进而协同提升材料的宏观极化响应与击穿耐久性。依托铁电材料本征的丰富相变特性，本研究提出的多态超顺电工程策略有望拓展至各类无铅铁电陶瓷体系，为储能性能优化提供新的设计思路与实现路径。

　　图2. x = 0.18陶瓷的畴结构和极化特性 (a-c) SEAD图；(d) HR-TEM图；(e) 原子分辨率HAADF-STEM极化矢量图，其中(f)代表极化矢量的方向，(g)代表极化矢量的大小。

　　论文网址：http://doi.org/10.1002/advs.202524252

(审核  李伟）