[發明專利]一種新型BCZT基儲能陶瓷材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710419980.2
• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN107244912B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 董顯林;周明星;梁瑞虹
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468;C04B35/622;C04B35/638;C04B41/88;H01G4/30;H01G4/12
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種新型BCZT基儲能陶瓷材料及其制備方法和應用，所述BCZT基儲能陶瓷材料的組成通式為：(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.10Ti_0.90)_1?x(Ni_yNb_z)_xO₃，其中，0.1≤x≤0.8，0＜y≤1.0，0＜z≤1.0。本發明的(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.10Ti_0.90)_1?x(Ni_yNb_z)_xO₃具有高儲能密度，同時還具有低介電損耗、介電常數適中、擊穿強度大、溫度和頻率穩定性好等特點。

技術領域

本發明屬于功能陶瓷領域，具體涉及一種以BCZT陶瓷為基體的具有高儲能密度、低介電損耗、介電常數適中、擊穿強度大、溫度和頻率穩定性好的儲能陶瓷及其制備方法，該儲能陶瓷可用于儲能電容器。

背景技術

高儲能密度陶瓷是制作小型、大容量電容器的關鍵材料，由于其具有充放電速度快、抗循環老化能力強、高溫和高壓等極端條件下性能穩定等優點，在電動汽車、高功率電子器件、脈沖功率電源、新能源及智能電網系統等基礎科研和工程技術領域均有著廣闊的應用前景。

儲能介質陶瓷材料主要有線性陶瓷、鐵電陶瓷和反鐵電陶瓷三類。線性陶瓷介電常數幾乎不隨電場變化，具有低場下線性可逆、可重復多次充放電、擊穿強度大等優點，但由于其介電常數較小，其儲能密度在安全電場范圍內只有0.01J/cm³數量級。鐵電陶瓷具有自發極化，在無外加電場時具有很高的介電常數，而在電場作用下，鐵電陶瓷介電常數隨電場增加而降低，并且其擊穿場強通常不高，導致陶瓷在高場下儲能密度并不大，一般不超過0.2J/cm³，并且鐵電陶瓷的介質損耗較大，溫度和頻率的穩定性較差，也制約了鐵電陶瓷儲能器的發展。反鐵電體在中低電場就能達到較高儲能密度，但是反鐵電-鐵電相變引起的體積膨脹非常大，引起陶瓷開裂。

Fletcher等人通過理論計算得出：將鐵電陶瓷的居里溫度調控到室溫以下，可以大大提高陶瓷的儲能密度(Journal of Physics D:Applied Physics,1996,29(1):253.)。因此可以將(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.10Ti_0.90)O₃陶瓷的居里溫度調控到室溫以下，從而提高(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.10Ti_0.90)O₃的儲能密度和儲能效率。

(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.10Ti_0.90)O₃(BCZT)由于其較高的d₃₃一直備受人們關注，而其在儲能方面的研究較少，由于BCZT在室溫下為鐵電相，介質損耗大，介電常數隨電場增加而下降，因此其儲能密度僅為0.20～0.30J/cm³，且儲能效率低于75％。

發明內容

針對現有技術的以上問題，本發明的目的在于提高一種具有高儲能密度、低介電損耗、介電常數適中、擊穿強度大、溫度和頻率穩定性好的儲能陶瓷及其制備方法。