Synergistic Design Strategies Breaking the Energy Storage Trade‐Off in Lead‐Free Dielectrics
Rattachement africain : tw, cn, hk. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.
Le résumé fourni par la source
ABSTRACT Development of lead‐free dielectric capacitors with simultaneously high recoverable energy‐storage (ES) density ( W rec ) and breakdown strength ( E b ) is hindered by a fundamental constraint; although high E b permits large electric fields, conventional ferroelectrics suffer from premature polarization saturation, limiting further enhancement of W rec . We demonstrate a mechanism‐guided strategy for Bi 0.5 Na 0.5 TiO 3 (BNT)‐based relaxor ferroelectric ceramics, centered on optimized polar nanoregion (PNR) responses and delayed polarization saturation. Phase‐field simulations show that interconnected rhombohedral/tetragonal (R/T)‐related PNRs with appropriate size and dynamic responsiveness can be progressively activated under electric fields, enabling delayed polarization saturation, sustained Δ P growth, and low hysteresis loss. Guided by this mechanism, compositional disorder, R/T phase coexistence are integrated in the BNT‐based system to construct an optimized PNR landscape. The optimized multilayer ceramic capacitors deliver a record ES potential ( ξ = W rec / E b ) of 278 J kV −1 m −2 , together with a high W rec of 26.4 J cm −3 at 950 kV cm −1 and 89% ES efficiency. Atomic‐resolution microscopy confirms pronounced local chemical heterogeneity and coexisting R/T‐related PNRs, consistent with the optimized PNR response predicted by phase‐field simulations. These results establish a generalizable framework for overcoming the intrinsic ξ – E b trade‐off and advancing next‐generation high‐ W rec dielectric capacitors for ES and pulsed‐power applications.
Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.
Le contrôle bibliographique ouvert
DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.
- Titre Crossref
- Synergistic Design Strategies Breaking the Energy Storage Trade‐Off in Lead‐Free Dielectrics
- Date Crossref
- 25/07/2026
- Éditeur
- Wiley
- Type
- journal-article
Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.
Où se fait cette recherche
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Ministry of Education pays non établi dans la noticeOrganisme public
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Xi'an Jiaotong University Electronic Materials Research Laboratory Key Laboratory of the Ministry of Education & pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Hong Kong Polytechnic University pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Yangzhou University pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Hainan University pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Hainan Agricultural School pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Shanghai Institute of Ceramics pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Huazhong University of Science and Technology pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Shenzhen Technology University pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Shaanxi Normal University Key Laboratory for Macromolecular Science of Shaanxi Province Shaanxi Key Laboratory For Advanced Energy Devices Shaanxi Engineering Laboratory For Advanced Energy Technology pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Shaanxi University of Science and Technology pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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City University of Hong Kong pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
Ministry of Education, Electronic Materials Research Laboratory Key Laboratory of the Ministry of Education & — Xi'an Jiaotong University et Hong Kong Polytechnic University, avec 9 autres affiliations.
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