无铅|无铅储能陶瓷：从“小众”走向“大众”( 二 )
储能密度和效率要兼顾
无铅储能陶瓷由于具有高功率密度和快速充放电能力，其主要应用领域是功率变换和脉冲功率系统 。但专家也表示，含铅陶瓷的优异性能目前还难以在无铅陶瓷体系中实现 。
就弛豫铁电体而言，景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院教授沈宗洋告诉《中国科学报》，近年来弛豫铁电体作为储能电容器的研究越来越深入，报道的储能密度和效率均很高，但其并没有反铁电的场致铁电转变特征 。在他看来，最可行的方法是用无铅的反铁电陶瓷替代含铅的反铁电陶瓷 。
“考核”储能陶瓷的两个关键指标为储能密度和储能效率，两者无法分开已成为业界共识 。就目前的研究来看，储能密度依然被当作基础和核心，在保证高储能密度的基础上，通过成分改性或结构改性等手段来提高储能效率 。“如果从应用角度来看，需要对储能效率给予更多关注 。”刘岗告诉采访人员 。
蔡子明表示，无铅弛豫反铁电体系的研究，为无铅储能陶瓷的研究打开了新的思路 。
《中国科学报》了解到，李飞课题组的研究就属于这一种 。该课题组报道的NBT-SBT弛豫反铁电陶瓷体系，兼具高极化强度、高击穿场强和高储能效率，是最有希望商用的无铅储能陶瓷体系之一 。但当前无铅的弛豫反铁电陶瓷体系报道较少，缘于将反铁电陶瓷调控为弛豫反铁电陶瓷具有一定的难度 。
除此之外，基于高性能的无铅储能陶瓷体系，制备出多层陶瓷电容器（MLCC）是当前研究的最大热点 。蔡子明告诉《中国科学报》，考虑到成本，开发高性能抗还原无铅储能陶瓷体系具有重要意义 。
学科融合促发展
无铅储能陶瓷原本属于凝聚态物理范畴，但因为涉及到“材料+能源”，这一领域被看成是化学、材料和物理之间契合点的产物 。“对于无铅储能陶瓷的研究，亟须不同背景的研究者深入交流，为高性能无铅储能陶瓷的研究和应用提供更多新的解决方案 。”蔡子明说 。
“无铅储能陶瓷的研究是材料、物理与化学的强交叉 。”蔡子明向采访人员进一步解释道，材料学是无铅储能陶瓷研究的基础，对于无铅陶瓷材料的宏观组成、晶体结构、微观形貌、电畴形貌等的研究均是材料学中的重要方法 。对于无铅陶瓷介电常数和介电损耗以及极化电场响应对温度或频率的变化等内容的理解，都需要以电介质物理或铁电介电物理为基础 。而对于无铅储能陶瓷的制备，无论是固相法还是化学法等，都离不开化学学科 。
就目前而言，无铅储能陶瓷仍为“小众”，大部分研究人员来自于传统的电子陶瓷类研究机构，一些物理和化学类颇有名气的机构较少涉足这一领域 。
刘岗在英国伯明翰大学攻读博士学位时，主攻研究方向是陶瓷成型工艺 。2013年回国后，基于西南大学的研究特色，特别是关注到专家学者主持的相关国家项目后，刘岗开始转向功能陶瓷方向，关注无铅储能陶瓷 。
刘岗向《中国科学报》介绍，他们团队分别从钛酸钡基和铁酸铋基无铅储能陶瓷体系出发，近期已陆续取得了一些重要进展 。
随着国家的重视及越来越多研究人员的进入，中国在无铅储能陶瓷方向的研究水平越来越高 。“目前国内对无铅储能陶瓷的研究手段更加丰富，研究范围更加全面 。”蔡子明说 。
而这一点也在与报告同时发布的《2020研究前沿热度指数》（以下简称《指数》）上得到印证 。根据《指数》，在化学与材料科学领域，中国的研究前沿热度指数得分为39.49分，是美国的2.7倍，排名第一，具有明显的前沿研究活跃度比较优势 。其中，中国在无铅储能陶瓷研究热度指数得分为3.11，排名第二的美国仅为0.59 。
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