铌酸锶钡基钨青铜铁电陶瓷的储能性能优化研究.pdfVIP

摘要

介电陶瓷电容器由于耐压高、温度稳定性好和原材料成本低等优点，在近

些年得到了广泛的开发和应用。但关于介电电容器储能的研究大多围绕钙钛矿结

构陶瓷进行，研究成果相对片面，无法满足日益增长的储能需求。为了进一步提

升介电陶瓷电容器的储能性能，迫切需要开发新的具有潜力的储能材料。

具备优良介电和铁电性能且灵活可调的钨青铜材料，在介电陶瓷电容器开发

领域受到越来越多的关注。其中，作为一类典型的未填充型钨青铜结构陶瓷，

SrBaNbO(SBN，0.25≤x≤0.75)，具有较高的介电常数和灵活的结构，这利

x1-x26

于设计更有潜力的储能材料。然而纯SBN存在制备困难和弛豫性较弱等问题，

这使得其储能应用受到限制。针对SBN陶瓷的特点，本研究创新性的提出了三

种设计方案，具体内容如下：

(1)通过烧结方法改善SBN陶瓷的击穿强度从而提升储能性能。通过调节

SBN陶瓷的Sr/Ba比例调控陶瓷的弛豫性，在Sr:Ba=7:3时SBN陶瓷获得了

1.87J/cm3的有效储能密度和约90%的储能效率，此外，通过两步烧结工艺(第一

步以10℃/min升温至1450℃不保温，第二步以10℃/min快速降温至1325℃保

温12h)抑制SBN陶瓷在较高温度下晶粒尺寸的异常增长，提升陶瓷的击穿强度。

(2)基于A位离子取代调控SrBaNbO(SBN60)陶瓷的铁电行为和储能

0.60.426

特性。通过A位同比例掺杂Bi、K和Bi、Na分别构筑了(Sr0.6Ba0.4)1-

(BiK)NbO和(SrBa)(BiNa)NbO陶瓷体系，结果表明Bi、K和

x0.50.5x260.60.41-x0.50.5x26

Bi、Na的引入不仅减小了剩余极化，提升了弛豫性，还降低了SBN60陶瓷的晶

粒尺寸并提升了击穿强度。

(3)基于B位离子取代调控SBN60陶瓷的铁电行为和储能特性。通过B位

掺杂Ta和Sb分别构筑了SrBaNbTaO和SrBaNbSbO陶瓷体系，

0.60.41-xx60.60.41-xx6

结果表明Ta和Sb的引入不仅有效地增强了陶瓷的弛豫性，还降低了SBN60陶

瓷的晶粒尺寸并提升了击穿强度。

关键词：钨青铜结构，SBN基陶瓷，陶瓷电容器，储能密度，击穿场强

ABSTRACT

Dielectricceramiccapacitorshavebeenwidelydevelopedandappliedinrecent

yearsduetotheadvantagesofhighwithstandvoltage,goodtemperaturestabilityand

lowrawmaterialcost.However,mostoftheresearchondielectriccapacitorenergy

storageonlyrevolvesaroundperovskitestructuralceramics,andtheresearchresults

arerelativelylopsided,whichcannotmeetthegrowingdemandforenergystorage.In

ordertofurtherimprovetheenergystorageperformanceofdielectricceramic

capacitors,itisurgenttodevelopnewpotentialenergystoragematerials.

Tungstenbronze