设计具有高电容能量密度 (Wrec) 和高存储效率 (η) 的无铅弛豫器仍然是尖端脉冲功率技术面临的巨大挑战。局部成分异质性对于在固溶体弛豫中实现复杂的极性结构至关重要，但其在优化储能性能方面的作用常常被忽视。

近日，北京科技大学Hui Liu ，Jun Chen通过在 Bi_0.5Na_0.5TiO₃−BaTiO₃ 基弛豫剂中设计局部化学簇，可以实现 15.2 J cm⁻³ 的极高 W_rec 以及 91% 的超高η 。

文章要点

1）中子/X射线全散射与反向蒙特卡罗方法相结合得出的三维原子模型揭示了Bi、Na和Ba的亚纳米级团簇的存在，这些团簇具有不同的极位移，并证实了密度泛函理论的预测计算。

2）这导致极性态具有较小的极性团簇以及单位晶胞极性矢量的强烈长度和方向波动，从而在宏观上表现出改善的高场极化率、稳定降低的磁滞和高击穿强度。有利的极性结构特征还导致独特的场增η、优异的稳定性和优异的放电容量。

研究工作表明，隐藏的局部化学顺序对弛豫剂的偏振特性产生重大影响，并且可用于获得卓越的能量存储性能。

参考文献

Hui Liu, et al, Local Chemical Clustering Enabled Ultrahigh Capacitive Energy Storage in Pb-Free Relaxors, J. Am. Chem. Soc., 2023

DOI: 10.1021/jacs.3c06912

https://doi.org/10.1021/jacs.3c06912