伴随全球能源需求持续增长、新能源产业快速落地，高性能储能材料成为突破先进储能技术瓶颈的关键。近期，2026美加墨世界杯官网材料科学与工程学院信息功能材料与器件科研团队的李伟、付鹏、郝继功、李朋、黄海华等，联合澳大利亚沃隆港大学、同济大学、山东大学、中科院上海硅酸盐研究所、宁波大学、海南大学等多所海内外知名高校与科研院所专家学者，围绕极端条件电介质储能陶瓷开展系统性攻关，接连取得突破性研究成果，相关研究先后发表于《自然通讯》Nature Communications（3 篇）、《先进科学》Advanced Science（1 篇） 国际顶级期刊，为新一代高功率储能电容器研发提供重要理论与工程支撑。
成果一：研发出多尺度结构工程赋能钨青铜陶瓷，刷新同类材料击穿场强上限。“Multiscale Structural Engineering Enables Superior Energy Storage in Tetragonal Tungsten Bronze Relaxor Ferroelectrics”（Nature Communications）。
团队创新性提出多尺度结构工程设计思路，从原子至微米多尺度协同调控四方钨青铜无铅弛豫铁电陶瓷微观结构，大幅优化陶瓷击穿场强。改性后材料在 1400 kV/cm 超高电场环境下，可恢复储能密度达 14.39 J/cm³，储能效率 87.69%，综合性能领跑同体系材料；同时具备超快放电特性，放电时长仅 10.2 纳秒，功率密度高达 254 MW/cm³，环境稳定性优异，为高性能脉冲功率电容器的研制开辟全新技术路线。
本篇论文第一作者为学院 2024 级硕士研究生王赛飞，付鹏教授、李伟教授、黄海华副教授与澳大利亚沃隆港大学程振祥教授为通讯作者，海南大学祁核教授为本研究提供计算模拟支撑。研究得到山东省自然科学基金、国家自然科学基金等项目资助。
图1.“多尺度结构工程”策略提高钨青铜结构无铅弛豫铁电陶瓷储能性能
成果二：采用三重协同新策略攻克钛酸锶基陶瓷研究痛点，兼顾高储能密度与高效率。“Breakthrough energy storage in medium-entropy superparaelectrics by triple synergy strategy”（Nature Communications）。
针对传统块体陶瓷难以同步实现高储能密度与高能量效率的行业难题，团队首创三重协同改性策略，融合中熵超顺电设计、微观局域结构畸变调控、板状钛酸铋第二相原位构筑三大技术。一方面诱导大量极性纳米微区生成、强化材料极化能力，另一方面借助第二相阻断击穿通路、提升耐击穿性能。优化后的钛酸锶基陶瓷储能密度 10.31 J/cm³、储能效率 90.9%，兼具出色温稳特性、充放电性能与超长循环寿命，是储能电容器极具产业化潜力的备选材料，也为环保型介质陶瓷的结构设计提供标准化新思路。
本篇论文第一作者为学院 2021 级硕士研究生刘洋，郝继功副教授、李伟教授、宁波大学潘仲彬教授、山东大学张敏研究员与沃隆港大学程振祥教授为通讯作者。研究得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省高校青年创新团队项目资助。
图2. “三重协同”策略提升钛酸锶基介质陶瓷储能性能
成果三：创新“电子能带 + 核壳结构双调控”技术，实现高熵陶瓷超高储能突破，“Electronic band and core-shell structure engineering enables ultrahigh energy storage in high-entropy ceramics”（Nature Communications）。
团队立足高熵材料设计理念，通过构筑核壳异质结构优化 BNT 基高熵陶瓷电场分布：外壳吸纳晶界电场热点、核壳界面阻碍击穿通道延伸，有效抑制电树枝生长；依托高熵组分带来的晶格畸变与化学无序，实现电子能带扁平化，束缚载流子迁移、显著提升击穿场强；纳米尺度多晶型极性相共存的微观构型进一步拉大极化差值。双重改性协同作用下，材料可恢复储能密度 10.23 J/cm³、效率 85.44%，研究成果可支撑高功率脉冲储能装备、航空航天动力系统、新能源汽车快充器件等关键领域材料研发。
本篇论文第一作者为学院 2023 级硕士研究生李云婷，李朋副教授、李伟教授、同济大学翟继卫教授与沃隆港大学程振祥教授为通讯作者。研究得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省高校青年创新团队项目资助。
图3. 电子能带及核壳异质结构协同设计提高BNT基高熵陶瓷的储能性能
成果四：研制出多态超顺电工程优化钛酸钡基陶瓷，适配极端工况储能应用，“Polymorphic Superparaelectric Engineering Boosting Energy Storage Capacity in BaTiO3 -Based Ceramics”（Advanced Science）。
围绕 BaTiO₃基无铅陶瓷高性能化需求，团队采用 Ca²⁺掺杂改性，通过多态超顺电工程在陶瓷内部稳定构筑立方 - 正交 - 四方（C-O-T）三相共存超顺电微观结构，降低电畴翻转势垒，实现极化快速可逆变化，同步提升极化强度与抗击穿能力。优化后的 B0.82C0.18T-BMS 陶瓷击穿场强 820 kV/cm，可恢复储能密度 9.8 J/cm³、效率 88.5%，综合性能位居无铅块体陶瓷前沿；材料可在 - 55~100 ℃宽温域、1~400 Hz 宽频条件下稳定工作，历经十万次充放电循环性能波动不足 0.3%，是极端环境脉冲电容器优选材料，该改性策略还可通用至多种无铅铁电陶瓷体系。
本篇论文第一作者为学院 2023 级硕士研究生刘盼，李伟教授、郝继功副教授、上海硅酸盐研究所曾华荣研究员、沃隆港大学程振祥教授为通讯作者。研究得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、国家重点实验室开放课题及山东省高校青年创新团队项目资助。
图4. 多态超顺电工程策略示意图
团队负责人李伟表示，未来会继续深耕功能陶瓷材料研究，在电介质储能陶瓷、高性能压电陶瓷等方向开展科研攻关，解决高端陶瓷材料国产化受限、关键制备工艺卡脖子、元器件综合性能失衡等方面的技术瓶颈，并努力实现科技成果落地转化，助力我国信息功能材料的研发登上世界领先水平。
（审核 材料科学与工程学院 科学技术处）
