隨著全球社會經(jīng)濟的深度發(fā)展，能源危機愈演愈烈，新能源技術(shù)的開發(fā)與利用已經(jīng)成為關(guān)乎人類社會發(fā)展的關(guān)鍵所在。電介質(zhì)儲能電容器作為一種重要儲能器件，在功率密度、充放電速率與服役壽命等方面具有巨大優(yōu)勢，但受低儲能密度等因素的影響，其進一步推廣應(yīng)用受到極大限制。電介質(zhì)電容器的儲能密度，主要受到極化強度與擊穿場強兩個因素的影響，且二者之間還存在著此高彼低的倒置關(guān)系。因此，破解電介質(zhì)材料中極化強度與擊穿場強的倒置關(guān)系，已成為開發(fā)高性能電介質(zhì)儲能電容器的重中之重。

汪宏教授課題組從仿生工程的視角出發(fā)，在BaTiO3-Bi(Mg0.5Zr0.5)O3基體中設(shè)計開發(fā)出了一種具有類樹莓形態(tài)的多級核殼結(jié)構(gòu)的儲能陶瓷材料，突破了傳統(tǒng)核殼結(jié)構(gòu)復(fù)相陶瓷以犧牲部分極化強度為代價的擊穿場強增強策略，成功實現(xiàn)了極化強度與擊穿場強的協(xié)同優(yōu)化，從而實現(xiàn)儲能密度的極大提升。該工作通過對類樹莓結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷在納米尺度上的界面組成、分布狀態(tài)與宏觀性能（極化強度、擊穿場強）之間內(nèi)在關(guān)系的深入探索，并結(jié)合有限元仿真技術(shù)對擊穿過程的動態(tài)直觀解析，深刻揭示了該結(jié)構(gòu)對儲能性能的增強機制。最終，在BT-BMZ基全無機樹莓結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料中獲得了3.41J/cm3的儲能密度與85.1%的儲能效率，并實現(xiàn)了儲能性能在30~150℃溫度范圍內(nèi)的超高穩(wěn)定性。

上述研究成果以“Bioinspired hierarchically structured all-inorganic nanocomposites with significantly improved capacitive performance”為題發(fā)表在國際著名期刊Advanced Functional Materials（IF=15.62）上，并被評選為封面論文（back cover）。西安交通大學(xué)功能材料研究中心博士生袁啟斌為本文的第一作者，汪宏教授與姚方周博士為本文的共同通訊作者，西安交通大學(xué)為本文的第一作者和第一通訊單位，南方科技大學(xué)、清華大學(xué)與美國賓州州立大學(xué)為本文合作單位。該研究工作是汪宏教授課題組在電介質(zhì)儲能領(lǐng)域多項研究成果發(fā)表在Advanced Materials，Nano Energy，Journal of Materials Chemistry A等國際著名期刊后的又一重要成果。

該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金項目等項目的支持。