Ultrahigh Energy Storage Performances Induced by Weaker La–O Orbital Hybridization in (Na0.85K0.15)0.5Bi4.5 – xLaxTi4O15Relaxor Ferroelectric Films

电介质 偶极子 电容器 轨道杂交 材料科学 储能 极化(电化学) 凝聚态物理 原子物理学 光电子学 电压 物理 化学 电子 原子轨道 功率(物理) 分子轨道理论 物理化学 量子力学
作者
Zhehong Tang,Jieyu Chen,Bo Yang,Meng Zhang,Tianshun Cao,Yunpeng Zhou,Shifeng Zhao
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:125 (9): 4986-4994 被引量:30
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.0c11629
摘要

Dielectric capacitors have caused wide concern due to their high power density and quick charge and discharge characters. However, improving their energy densities and efficiency at the same time has been a long-standing obstacle to the development of ideal dielectric materials. Herein, we report (Na 0.85 K 0.15 ) 0.5 Bi 4.5 – x La x Ti 4 O 15 ferroelectric films with both ultrahigh energy densities and efficiency by introducing a weaker La–O orbital hybridization. Electrical hysteresis is minimized, while high polarization is maintained, which induces a giant energy storage density W re of 111 J/cm 3 and a high storage efficiency η of 83% in (Na 0.85 K 0.15 ) 0.5 Bi 3.2 La 1.3 Ti 4 O 15 films. The outstanding energy storage performances are attributed to the weakened dipole–dipole interaction and the increased band gap derived from the substitution of the weaker La–O orbital hybridization for the strong orbital hybridization between the Bi–O bond. This work obtains ultrahigh energy storage density and efficiency after introducing ions with the same radius and valence state, which provides a concise approach for the design of next-generation pulsed power capacitors.
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