原標題：構建“超弛豫臨界態” 我國團隊突破無鉛介質陶瓷高效脈衝儲能關鍵技術

　　近日，南昌航空大學動力與能源學院（航空發動機學院）謝兵牽頭，聯合北京科技大學、香港城市大學、澳大利亞伍倫貢大學等單位研究人員，在無鉛介質陶瓷儲能領域取得重大突破。團隊創新性提出並成功構建了“超弛豫臨界態”，研製出兼具超高能量密度與高效率的新型無鉛儲能陶瓷，其綜合性能達到國際領先水準。該成果為下一代高功率脈衝儲能系統提供了變革性材料解決方案，尤其對航空航天飛行器高能效動力系統、新能源汽車快充快放等尖端領域具有重大應用前景。該研究成果發表于《自然·通訊》。

　　在航空航天與新能源交通領域，高功率密度、快速響應、高效可靠的脈衝功率系統是提升裝備性能的關鍵。例如，先進無人機、eVTOL（電動垂直起降飛行器）在起降、機動時，電機驅動系統需要在瞬間爆發巨大功率，對機載儲能裝置的“快充快放”能力和功率密度提出了極致要求。新能源汽車的快充技術、再生制動能量回收，同樣依賴於能夠承受巨大暫態電流、高效儲釋能量的電容器。

　　傳統介電陶瓷儲能材料長期面臨一個根本性矛盾：提升能量密度往往伴隨效率下降，巨大能量在頻繁充放中轉化為熱損耗，限制了系統功率上限並帶來熱管理難題。開發兼具“高儲能”與“高效率”的無鉛環保電介質，是業界公認的“卡脖子”技術難題。

　　謝兵團隊獨闢蹊徑，提出了“主動構建超弛豫臨界態”的原創性設計策略。該策略旨在在材料中創造一種特殊的極化狀態，它恰好處於高度動態、低損耗的“超順電態”與極化強度大但響應滯後的“弛豫態”之間的臨界區域。研究團隊以該校能源動力學科為依託，通過精準的成分設計，借助先進的相場模擬與第一性原理計算進行前瞻性指導，成功將材料的介電響應峰值調節至室溫附近，誘導形成了獨特的納米結構：材料內部充滿了尺寸僅3—5納米、極化強度高但彼此關聯微弱的“極性納米島”，均勻分散于非極性基體中。

　　這種“弱關聯、強極化”的微觀構象，正是實現“超弛豫臨界態”的物理基礎，它如同為電荷的快速通行搭建了一座“立交橋”，既能容納巨量電荷（高能量密度），又能保證其幾乎無阻礙地高速通過（高效率）。

　　實驗結果表明，該介質陶瓷展現出工程應用必備的優異穩定性：在1—100Hz寬頻域、30—150°C溫度範圍以及超過一億次的充放電循環中，性能衰減極小。基於該材料的介電電容器，可為eVTOL飛行器提供暫態強勁的起飛動力脈衝，支持更高頻次的起降循環；可為新能源汽車電驅系統提供高效的暫態功率緩衝，提升加速性能與制動能量回收效率；其高可靠性也完全符合航空航天嚴苛的工況要求。

　　未來，研究團隊將繼續深化與産業界的合作，推動該技術的工程化應用，致力於將實驗室的突破轉化為支撐我國高端裝備自主化發展的核心元器件，為國家重大戰略需求貢獻智慧和力量。（科技日報記者 魏依晨 受訪者供圖）