Ultrahigh capacitive energy storage through dendritic nanopolar design

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作者
Yajing Liu,Yang Zhang,Jing Wang,Chao Yang,Hongguang Wang,Judith L. MacManus‐Driscoll,Hao Yang,Peter A. van Aken,Weiwei Li,Ce‐Wen Nan
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:388 (6743): 211-216 被引量:4
标识
DOI:10.1126/science.adt2703
摘要

Electrostatic dielectric capacitors with ultrahigh power densities are sought after for advanced electronic and electrical systems owing to their ultrafast charge-discharge capability. However, low energy density resulting from low breakdown strength and suppressed polarization still remains a daunting challenge for practical applications. We propose a microstructural strategy with dendritic nanopolar (DNP) regions self-assembled into an insulator, which simultaneously enhances breakdown strength and high-field polarizability and minimizes energy loss and thus markedly improves energy storage performance and stability. For illustration, in this study, we achieved a high energy density of 215.8 joules per cubic centimeter with an efficiency of 80.7% at a high electric field of 7.4 megavolts per centimeter in a DNP structure–designed PbZr 0.53 Ti 0.47 O 3 -MgO film. The proposed strategy is generally applicable for development of high-performance dielectric microcapacitors.
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