儲(chǔ)能密度和效率要兼顧
無鉛儲(chǔ)能陶瓷由于具有高功率密度和快速充放電能力，其主要應(yīng)用領(lǐng)域是功率變換和脈沖功率系統(tǒng) 。 但專家也表示，含鉛陶瓷的優(yōu)異性能目前還難以在無鉛陶瓷體系中實(shí)現(xiàn) 。
就弛豫鐵電體而言，景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授沈宗洋告訴《中國科學(xué)報(bào)》，近年來弛豫鐵電體作為儲(chǔ)能電容器的研究越來越深入，報(bào)道的儲(chǔ)能密度和效率均很高，但其并沒有反鐵電的場致鐵電轉(zhuǎn)變特征 。 在他看來，最可行的方法是用無鉛的反鐵電陶瓷替代含鉛的反鐵電陶瓷 。
“考核”儲(chǔ)能陶瓷的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)為儲(chǔ)能密度和儲(chǔ)能效率，兩者無法分開已成為業(yè)界共識(shí) 。 就目前的研究來看，儲(chǔ)能密度依然被當(dāng)做基礎(chǔ)和核心，在保證高儲(chǔ)能密度的基礎(chǔ)上，通過成分改性或結(jié)構(gòu)改性等手段來提高儲(chǔ)能效率 。 “如果從應(yīng)用角度來看，需要對(duì)儲(chǔ)能效率給予更多關(guān)注 。 ”劉崗告訴采訪人員 。
蔡子明表示，無鉛弛豫反鐵電體系的研究，為無鉛儲(chǔ)能陶瓷的研究打開了新的思路 。
《中國科學(xué)報(bào)》了解到，李飛課題組的研究就屬于這一種 。 該課題組報(bào)道的NBT-SBT弛豫反鐵電陶瓷體系，兼具了高極化強(qiáng)度、高擊穿場強(qiáng)和高儲(chǔ)能效率，是最有希望商用的無鉛儲(chǔ)能陶瓷體系之一 。 但當(dāng)前報(bào)道無鉛的弛豫反鐵電陶瓷體系較少，源于將反鐵電陶瓷調(diào)控為弛豫反鐵電陶瓷具有一定的難度 。
除此之外，基于高性能的無鉛儲(chǔ)能陶瓷體系，制備出多層陶瓷電容器（MLCC）是當(dāng)前研究的最大熱點(diǎn) 。 但蔡子明告訴《中國科學(xué)報(bào)》，考慮到成本，開發(fā)高性能抗還原無鉛儲(chǔ)能陶瓷體系具有重要意義 。
【無鉛儲(chǔ)能陶瓷：從“小眾”走近“大眾”】學(xué)科融合促發(fā)展
無鉛儲(chǔ)能陶瓷原本屬于凝聚態(tài)物理范疇，但因?yàn)樯婕暗健安牧?能源”，這一領(lǐng)域被看成是化學(xué)、材料和物理之間契合點(diǎn)的產(chǎn)物 。 “對(duì)于無鉛儲(chǔ)能陶瓷的研究，亟須不同背景的研究者深入交流，為高性能無鉛儲(chǔ)能陶瓷的研究和應(yīng)用提供更多新的解決方案 。 ”蔡子明說 。
“無鉛儲(chǔ)能陶瓷的研究是材料、物理與化學(xué)的強(qiáng)交叉 。 ”蔡子明向采訪人員進(jìn)一步解釋道，材料學(xué)是無鉛儲(chǔ)能陶瓷研究的基礎(chǔ)，對(duì)于無鉛陶瓷材料的宏觀組成、晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌、電疇形貌等的研究均是材料學(xué)中的重要方法 。 對(duì)于無鉛陶瓷介電常數(shù)和介電損耗以及極化電場響應(yīng)對(duì)溫度或頻率的變化等內(nèi)容的理解，都需要以電介質(zhì)物理或鐵電介電物理為基礎(chǔ) 。 而對(duì)于無鉛儲(chǔ)能陶瓷的制備，無論是固相法還是化學(xué)法等，都離不開化學(xué)學(xué)科 。
就目前而言，無鉛儲(chǔ)能陶瓷仍為“小眾”，大部分研究人員來自于傳統(tǒng)的電子陶瓷類研究機(jī)構(gòu)，一些物理和化學(xué)類頗有名氣的機(jī)構(gòu)較少涉足這一領(lǐng)域 。
劉崗在英國伯明翰大學(xué)攻讀博士學(xué)位時(shí)，研究主攻方向是陶瓷成型工藝 。 2013年回國后，基于西南大學(xué)的研究特色，特別是關(guān)注到專家學(xué)者主持的科技部“973”項(xiàng)目后，劉崗開始轉(zhuǎn)向功能陶瓷方向，關(guān)注無鉛儲(chǔ)能陶瓷 。
劉崗向《中國科學(xué)報(bào)》介紹，他們團(tuán)隊(duì)分別從鈦酸鋇基和鐵酸鉍基無鉛儲(chǔ)能陶瓷體系出發(fā)，近期已陸續(xù)取得了一些重要進(jìn)展 。
隨著國家的重視及越來越多研究人員的進(jìn)入，中國在無鉛儲(chǔ)能陶瓷的研究水平越來越高 。 “目前國內(nèi)對(duì)無鉛儲(chǔ)能陶瓷的研究手段更加豐富，研究范圍更加全面 。 ”蔡子明說 。
而這一點(diǎn)也在與報(bào)告同時(shí)發(fā)布的《2020研究前沿?zé)岫戎笖?shù)》（以下簡稱《指數(shù)》）上得到印證 。 根據(jù)《指數(shù)》，在化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域，中國的研究前沿?zé)岫戎笖?shù)得分為39.49分，是美國的2.7倍，排名第一，具有明顯的研究前沿研究活躍度比較優(yōu)勢 。 其中，中國在無鉛儲(chǔ)能陶瓷研究熱度指數(shù)得分為3.11，排名第二的美國僅為0.59 。
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