據報道，由日本名古屋大學（Nagoya University）領導的一個研究小組利用納米片技術開發了一種先進的介電電容器，提供了前所未有的能量存儲密度和穩定性。據稱，這一突破將顯著提高可再生能源的使用和電動汽車的生產。

該研究小組由名古屋大學材料與可持續性系統研究所（IMaSS）的Minoru Osada教授領導，與日本國立材料研究所NIMS合作。他們共同開發了一種納米片器件，顯示出前所未有的能量存儲性能。最新突破性成果已于近期發表在了《納米快報》雜志上。

研究人員表示，現有的儲能技術，如鋰離子電池，具有局限性。這類電池的問題包括充電時間長、電解質降解、壽命縮短、甚至自燃風險等等。

因此，最新研究對先進的電子和電力系統具有重要意義。儲能技術的創新對于可再生能源的有效利用和電動汽車的大規模生產至關重要。介電電容器是技術上的重大進步，擁有有史以來最高的能量存儲密度。其他有益的特點包括充電時間快、輸出高、壽命長和優越的高溫穩定性。

據了解，介電儲能電容器具有三明治狀結構，由兩個由固體介電膜隔開的金屬電極組成。電介質是一種通過被稱為極化的物理電荷位移機制儲存能量的材料，它是關鍵。當電場作用在電容器上時，正電荷和負電荷被吸引到相反的電極上，有利于電能的儲存。

Osada指出，“介質電容器具有許多優點，例如充電時間短，只需幾秒鐘，壽命長，功率密度高。然而，當前電介質的能量密度遠遠不能滿足日益增長的電能需求。提高能量密度將有助于介電電容器與其他儲能設備競爭。”

研究人員進一步解釋稱，儲存在電介質電容器中的能量與極化量有關。因此，實現高能量密度的關鍵是向高介電常數材料施加盡可能高的電場。然而，現有材料受到其能夠處理的電場量的限制。

為了超越傳統的介電研究，研究小組利用了鈣鈦礦晶體結構的鈣、鈉、鈮和氧組成的納米片。

Osada解釋說:“鈣鈦礦結構被認為是鐵電體的最佳結構，因為它具有優異的介電性能，如高極化。我們發現，通過利用這一特性，可以將高電場施加到高極化的介電材料上，并無損失地轉化為靜電能，從而實現有史以來最高的能量密度。”

研究結果證實，納米片介電電容器在保持相同高輸出密度的同時，能量密度提高了1-2個數量級。令人興奮的是，基于納米片的介電電容器實現了高能量密度，在多個使用周期中保持穩定性，甚至在高達300°C的高溫下也能保持穩定。

Osada說：“這一成就為介電電容器的發展提供了新的設計指南，有望應用于全固態儲能器件，而該器件充分利用納米片的高能量密度、高功率密度、充電時間短（幾秒鐘）、長壽命和高溫穩定性等特點。”

“介電電容器具有在極短時間內釋放儲存能量并產生強烈脈沖電壓或電流的能力。這些特性在許多脈沖放電和電力電子應用中是有用的。除了混合動力汽車，它們還可用于高功率加速器和高功率微波設備。”他補充說。

原文始發于微信公眾號（艾邦儲能與充電）：儲能大突破！全新介電電容器能量密度和穩定性雙雙破紀錄