新型器件创造介电储能密度最高纪录

科技日报讯 记者5月13日从南京航空航天大学获悉，该校科研团队联手中外学者创新研发出储能密度较高的新型纳米复合薄膜储能器件，其储能密度可达215.8焦/立方厘米，刷新介电储能密度国际最高纪录。相关论文发表于《科学》。

论文第一作者、南京航空航天大学博士后刘亚静介绍，目前广泛应用的储能器件包括锂电池、超级电容器、介电储能器件等。其中，介电储能器件具有功率密度高、充放电速度快、使用寿命长、高温稳定性好等优点，适用于可以瞬时释放高电能的使用场景，在起搏器、电动汽车、电网、可再生能源等领域展现出广阔应用前景。

“但长期以来，介电材料的储能密度显著低于锂电池等主流储能技术，这成为限制其进一步应用的瓶颈。”刘亚静介绍，“为介电储能器件施加的电场过强时，器件材料的绝缘性被破坏，电子会像失控一样大量流动，瞬间形成导电通路，导致电流剧增，可能引发短路或器件损坏。所以，研发能耐受电击穿的介电储能器件至关重要。”

此次研究中，团队创新性地在宽禁带绝缘介电材料中采用“树枝状纳米极性结构”设计策略，构建了纳米复合薄膜模型体系。

“在复合结构中，宽禁带绝缘介电材料的带隙比传统材料更宽，因此更耐高压、高温，储能性能也更强。而树枝状的结构，又可以阻挡电击穿过程中电束的击穿路径，让器件更耐高压。”刘亚静说。

团队构建的长宽为5毫米、厚度为100纳米的介电储能器件，在7.4兆瓦/厘米的电场下，储能密度可达215.8焦/立方厘米，刷新了介电储能密度国际最高纪录。同时，该器件具备80.7%的储能效率，在零下100摄氏度至零上170摄氏度宽温区范围及1010次疲劳循环测试下，仍保持稳定性能。

“此次研究为高性能储能器件开发提供了创新性策略。”刘亚静表示，未来，研究团队将研制尺寸更大的硅基介电储能器件，为产业应用提供理论支撑。