Heterovalent-doping-enabled atom-displacement fluctuation leads to ultrahigh energy-storage density in AgNbO3-based multilayer capacitors

电容器 材料科学 储能 电介质 薄膜电容器 光电子学 兴奋剂 滤波电容器 小型化 电气工程 纳米技术 电压 功率(物理) 物理 工程类 量子力学
作者
Li-Feng Zhu,Shiqing Deng,Lei Zhao,Gen Li,Qi Wang,Linhai Li,Yongke Yan,He Qi,Bo-Ping Zhang,Jun Chen,Jing-Feng Li
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41467-023-36919-w
摘要

Dielectric capacitors with high energy storage performance are highly desired for next-generation advanced high/pulsed power capacitors that demand miniaturization and integration. However, the poor energy-storage density that results from the low breakdown strength, has been the major challenge for practical applications of dielectric capacitors. Herein, we propose a heterovalent-doping-enabled atom-displacement fluctuation strategy for the design of low-atom-displacements regions in the antiferroelectric matrix to achieve the increase in breakdown strength and enhancement of the energy-storage density for AgNbO3-based multilayer capacitors. An ultrahigh breakdown strength ~1450 kV·cm-1 is realized in the Sm0.05Ag0.85Nb0.7Ta0.3O3 multilayer capacitors, especially with an ultrahigh Urec ~14 J·cm-3, excellent η ~ 85% and PD,max ~ 102.84 MW·cm-3, manifesting a breakthrough in the comprehensive energy storage performance for lead-free antiferroelectric capacitors. This work offers a good paradigm for improving the energy storage properties of antiferroelectric multilayer capacitors to meet the demanding requirements of advanced energy storage applications.
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