登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
介电储能密度的提升,一直受制于两大矛盾,介电常数和击穿强度无法兼顾,极化强度和转换效率难以两全。今天上线的一篇Science,清华大学林元华教授和南策文院士课题组对这一难题给出完美答案,实现112J/cc的超高储能密度。
(来源:微信公众号“知社学术圈” ID:zhishexueshuquan 作者:知社)
介电材料充放电速率快,因而功率极高,在诸多功率器件有广泛应用。但其储能密度一直难以有显著提高,究其原因,是介电常数大的无机材料击穿强度通常都较低,而击穿强度高的有机材料介电常数又不高。虽然复合材料能显著提高有效介电常数,但却难以弥补击穿强度的降低。这两者难以协调的矛盾,成为制约线性介电材料储能密度的关键因素,是国际材料科学研究的前沿和热点。例如在本世纪初,美国海军为发展全电动战舰,就启动了规模宏大的介电储能研究专项。中国政府对相关研究也给予了大力的支持。
为了克服线性介电储能的难题,许多研究人员也把目光转向非线性电介质。铁电体由于其本征的大极化强度,自然引起许多关注。但其迟滞行为使得铁电体虽有较大储能密度,但储能效率很低,难以应用。而反铁电体和弛豫铁电体迟滞相对较低,因而效率不错,但极化强度又不够。因此极化和迟滞的矛盾,也成了制约非线性介电储能的关键。
今天,清华大学林元华教授和南策文院士课题组联合国内外合作者,在Science发表题为“Ultrahigh energy density lead-free dielectric films viapolymorphic nanodomain design”的研究论文,对这两对矛盾给出了完美的解决方案。他们巧妙设计三相固溶复合,通过BiFeO3提供大的菱方相极化,通过BaTiO3提供适中的四方相极化;再通过SrTiO3提供顺电的立方相,以打破铁电长程有序,使其形成纳米尺度的铁电畴。这一设计大幅度降低了常规铁电畴变过程中大的能量势垒,在保持总体大极化的基础上使得畴变变得容易,因此损耗降低、迟滞减小,大幅度提升能量充放效率。
三相纳米畴变能量势垒大幅度降低,因而能显著降低迟滞,提高效率
宾州州立大学陈龙庆教授、西交大李飞教授通过相场计算,验证了唯像理论预测,并给出了三相固溶最优的组分范围。而清华课题组在其制备的薄膜材料中,的确实现了菱方四方纳米畴共存,为RSM和STEM所验证,如下图所示。特别值得一提的是,由两幅STEM比较可以清晰看出,三相固溶菱方和四方共存,显著降低了畴的尺度、提高了极化的无序度(x是为三相固溶中BaTiO3的比例,x=0.0对应BiFeO3和SrTiO3的两相固溶)。
XRD,RSM,和STEM证实三相固溶中菱方-四方共存,而且畴尺度降低,极化无序度提高
那介电性能是否如理论预期呢?从下图看可以看出,三相薄膜较于两相薄膜,介电常数有所降低,但介电损耗也显著降低。同样的现象在电滞回线也有体现,极化强度有所降低,但迟滞降低更为明显,因而在x = 0.3时实现了高极化、低迟滞的综合最优性能。
介电常数和电滞回线
另一方面,由于损耗降低和漏电流抑制,三相薄膜击穿强度大幅度提升,如下图所示:
击穿强度与漏电流
由于储能密度受击穿强度平方所制约,因此三相固溶薄膜虽然极化有所降低,但轻松被击穿强度的提高所弥补,最终储能密度显著提升。更为可贵的是,由于损耗和迟滞的降低,储能效率也显著提高,由下图所示:
储能密度
最后可以通过下表比较一下领域现状,三相固溶薄膜表现出优异的综合储能性能,储能密度甚至超过性能最高的含铅薄膜(85 J/cc)。此外,这一材料循环性能非常优越,108次后性能没有明显退化,而且在大约150度的高温下仍能正常工作。
看似不可调和的矛盾,就这样通过巧妙的材料设计予以克服。清华这一漂亮工作,很有启迪。论文第一作者是清华材料学院博士生潘豪。论文重要合作者还有物理所谷林、张庆华,清华于浦,和澳大利亚伍伦贡大学张树君。工作得到国家基金委和科技部的支持。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
9月25日,SNECES+第九届(2024)国际储能和电池技术及装备展览会在上海新国际博览中心隆重开幕。展会以“构建新型储能产业链”为亮点,汇聚了国内外储能技术及装备品牌企业。此次展会,首航新能源携户储、工商业储能、集中式储能全系列解决方案闪耀亮相,与来自全球的行业专家、合作伙伴及客户深入交流储
9月25日-27日,为期三天的SNECES+2024在上海落下帷幕。科士达携全场景智储产品矩阵及解决方案组团亮相,向全球呈现出“技术与应用多元化”趋势下的储能发展新蓝图。全场景智储布局,构建可持续未来作为智慧能源领域的全场景解决方案提供商,科士达依托在光储、3S、系统集成等方面的核心技术积累,通过
近日,上能电气为美国市场供货的首批22台组串式储能变流升压一体机顺利发货,标志着上能电气抢滩美国储能市场进入新的重要阶段。本次上能电气供货的140.8MW储能电站位于美国德克萨斯州南部,项目共包含44台上能电气3.2MW组串式储能变流升压一体机,采用高度集成化设计、满载多重防护功能,将陆续完成发
9月26日,为期三天的英国国际太阳能储能展(SolarStorageLive2024)在伯明翰国际会展中心圆满落幕。来看采日能源在英国SolarStorageLive2024展上的精彩瞬间↓↓近年来,欧洲储能市场因负电价的频繁出现而迎来了前所未有的发展机遇,储能项目逐渐从户用领域向工商储等领域转变。采日能源将乘势而上,为
9月24日至26日,英国国际太阳能储能展(SolarStorageLive2024)在英国伯明翰国际会展中心盛大举行,苏美达能源旗下辉伦太阳能(以下简称“苏美达辉伦”)亮相该展,与合作伙伴WaxmanEnergy和Clenergy联合展出。SolarStorageLiveSolarStorageLive是英国最大、最专业的可再生能源展览,展会聚焦太阳能与
储能内卷,卷起千层浪!资本大量涌入、产业急速扩容、竞争不断加剧、价格几度腰斩,压力正以前所未有的速度涌向储能产业链的每个环节。围绕储能市场发展、储能集成的大容量趋势会给行业带来哪些影响以及安全、性能和经济性企业/行业破局关键等问题。9月25日,在2024SNEC储能展期间,北极星储能网与林洋
北极星储能网获悉,9月27日,广东汕头市发展改革局出台全市推动新型储能产业高质量发展行动方案。文件明确,推动新型储能多场景应用。支持电源侧“新能源+储能”储能应用。结合风电、光伏发电等资源开发,实施“新能源+储能”开发模式。2022年以后新增规划的海上风电项目以及2023年7月1日以后新增并网
北极星储能网获悉,9月27日,国家能源集团发布龙源电力集团共享储能技术(北京)有限公司第四批储能电站储能液冷电池系统框架采购公开招标项目招标公告。公告显示,项目采购预估量为1500MWh。采购分为3个标段,标段1和标段2储能电池系统分别为600MWh和450MWh,采用280Ah以上电芯,液冷冷却技术,额定容
9月27日,中广核广西钟山200MW400MWh集中共享新型储能项目EPC总承包招标公告发布,项目招标人为中广核钟山风力发电有限公司,项目位于广西省贺州市钟山县,由中广核钟山风力发电有限公司投资和开发建设。项目拟建设集中式电化学储能电站,总容量规划建设200MW/400MWh,本期建设容量为200MW/400MWh,储
北极星储能网获悉,9月27日,河南郑州市人民政府发布关于缓解郑州市新能源汽车充电难的提案的答复。文件提出,市发展和改革委组织相关部门开展了源网荷储一体化项目建设研讨,对全市工业用电负荷情况进行研究分析,研究重点区域项目布局,并从电源侧、电网侧、用户侧研究布局一批新型储能项目,进一步
9月26日,中国科学院院士、北京大学鄂尔多斯能源研究院院长金之钧,鄂尔多斯市人民政府副市长邬建勋赴常州调研新型水系金属电池产业项目。美国国家科学院院士、斯坦福大学终身教授、屹创新能源科技(江苏)有限公司创始人崔屹陪同。调研人员参观了屹创公司镍氢气电池生产线及展示中心,工作人员详细介
目前电能储存装置主要有化学储能装置,即电池和固体燃料电池;电化学电容器;介电储能电容器。“介电储能电容器各项指标相对更优。”汪春昌综合分析发现,如果能提高介电储能电容器储能密度,则可减小储能装置的体积,使得其在小型化、集成化的电路系统中的应用更加广泛,甚至有可能超过电化学储能装置
作为一类关键基础性功能材料,反铁电材料具有储能密度高、温度稳定性好、充放电时间快和抗疲劳特性好等优异性能,被广泛应用于位移驱动器、高功率脉冲电源、能量存储电容器等器件,是国际上研究新型能源、智能材料与器件的热点。由于反铁电单晶生长难度大,目前有关研究报道主要集中在陶瓷体系,关于反
6月15日,英国《自然材料》期刊在线发表了西安交大研究团队的最新学术成果Grain-orientation-engineeredmultilayerceramiccapacitorsforenergystorageapplications(用于能量存储的织构多层陶瓷电容器)。作为一种重要的储能电子元件,陶瓷电容器具有放电功率高、温度稳定性好和循环寿命长等优点,在先
记者9日从西安交通大学获悉,该校电力设备电气绝缘国家重点实验室成永红教授课题组通过研究环氧树脂分子结构特征、宏观电场下极化机制及高温储能性能三者的影响作用机制,创新的设计了非对称聚醚胺-脂环胺分子链结构,合成制出目前储能密度最大值耐高温柔性环氧薄膜,其相关研究成果以《非对称脂环胺-
聚合物薄膜储能电容器因其具有较高功率密度和超长的循环使用寿命,能最大效率转化风能、潮汐能等间歇性可再生能源,是脉冲功率技术、电磁炮及激光等高能武器系统无可替代的核心储能器件,在航空航天、混合动力汽车等领域也得到了广泛的应用。来源:微信公众号“高分子科学前沿”ID:Polymer-science但
清华新闻网6月20日电6月19日,清华大学材料学院李敬锋教授课题组在《先进材料》(AdvancedMaterials)上在线发表了题为高性能铌钽酸银无铅反铁电储能陶瓷(Lead-FreeAntiferroelectricSilverNiobateTantalatewithHighEnergyStoragePerformance)的研究论文,报道了课题组在铁电陶瓷储能材料研究方面取得的
近日,西安交通大学贾春林科学家工作室刘明副教授指导博士生孙梓雄,利用射频磁控溅射技术,制备出高质量的多层复合薄膜,并研究了其储能性能。此类多层薄膜材料不仅表现出优异的室温储能特性,同时在140摄氏度下依然保持较高的储能密度和储能效率。这将有可能实现混合动力汽车前级水冷系统的摘除,大
欧盟第七研发框架计划(FP7)提供部分资助,由意大利总协调,欧盟多个成员国蓄电池工业界广泛参与组成的欧洲LISSEN锂电池技术研发创新平台(ETP),长期致力于可充电锂离子电池技术的商业化开发应用。研发创新活动覆盖锂离子电池创新价值链的全过程,从创新型先进材料研究开发到新产品及生产工艺研制设
目前电能储存装置主要有化学储能装置,即电池和固体燃料电池;电化学电容器;介电储能电容器。“介电储能电容器各项指标相对更优。”汪春昌综合分析发现,如果能提高介电储能电容器储能密度,则可减小储能装置的体积,使得其在小型化、集成化的电路系统中的应用更加广泛,甚至有可能超过电化学储能装置
8月6日,电机系李琦副教授、何金良教授等在《自然·通讯》(NatureCommunications)杂志上发表了题为“Polymer/molecularsemiconductorall-organic(来源:微信公众号:清华电机ID:THU-EEA)compositesforhigh-temperaturedielectricenergystorage”的研究论文,首次研制出200摄氏度高效介电储能的全
近日,中国科学院深圳先进技术研究院汪正平、孙蓉带领的先进材料研究中心团队成功找到了一种可以大幅度提高复合材料介电常数的方法,同时在介电储能方面也有突出的性能。相关研究成果以Constructionofa3D-BaTiO3networkleadingtosignificantlyenhanceddielectricpermittivityandenergystoragedensityof
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!