[發明專利]一種高性能鈮酸鉀鈉基無鉛儲能陶瓷的制備方法

在審

• 申請號: 202011283229.2
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112266247A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 郇宇;王曉智;魏濤
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/622;C04B35/638;H01G4/12
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 趙鳳

本發明屬于電介質電容器材料領域，具體涉及一種高性能鈮酸鉀鈉基無鉛儲能電容器陶瓷的制備方法。本發明的鈮酸鉀鈉基陶瓷粉料采用工業原料經過固相法獲得，陶瓷樣品由獨特的兩段式燒結得到，樣品的儲能密度由電滯回線測試和計算得到。首先調節陶瓷粉料的球磨時間與生坯的兩段式燒結制度，然后通過鐵電分析得到其有效儲能密度與效率。本發明實現了一種簡便且有效獲得高儲能密度與效率的鈮酸鉀鈉基儲能陶瓷材料制備方法，對其他體系的儲能陶瓷材料的制備具有借鑒意義。

技術領域

本發明屬于電介質電容器材料領域，具體涉及一種高性能鈮酸鉀鈉基無鉛儲能電容器陶瓷的制備方法。

背景技術

電介質電容器是通過將電介質極化，使得電極表面富集電荷形成電場而儲能的。因為這種能量方式的建立沒有經過物質的擴散和化學反應，所以其充放電過程極其快速，可以達到微秒甚至納秒的級別。此外，電介質電容器具有很高的循環壽命，同時若選用固體電介質可以將其可以做成全固態結構，這相比于電化學電容器和電池，不會出現漏液、著火甚至爆炸等危險，更加安全可靠。由電介質材料（包括聚合物和陶瓷等）制成的高功率電容器被廣泛應用于商業、消費品、醫療以及軍用等領域，例如電壓平滑與濾波、抗浪涌、耦合與去耦合、電源調制、抗電磁干擾、醫療除顫器、電裝甲與電槍，以及定向能武器等。近年來，隨著電力電子器件和系統向著小型化、輕量化以及集成化方向發展，開發具有高儲能密度的電介質電容器具有重要的意義。

在眾多的儲能電容器陶瓷體系中，鈮酸鉀鈉(KNN)基陶瓷以其優良的壓電性和環境友好性而備受關注。而研究內容主要集中在能量轉換上, 包括壓電效應、電光效應、電卡效應,而對其電能存儲特性的研究卻少有研究。電介質材料的儲能密度(W)是指電介質單位體積儲存的能量，由鐵電性能測試出的電滯回線計算得到,單位為J/cm³, 可由式(1)表示：

其中，E為外加電場強度，P_max為電介質陶瓷擊穿(E_b)之前時的最大極化強度。對于非線性介質材料, 在充電過程儲存的能量并不能完全釋放。當E從零增加E_b,電介質的P達到P_max,電容器充電；當E從E_b 減小到零, 材料的P從P_max減小到剩余極化強度(P_r), 電容器放電,如圖1所示。由于P_r的存在,電容器儲存的能量并不能完全釋放,可以釋放出來的能量稱為電介質材料的有效儲能密度(W_rec), 可由式(2)表示:

不能釋放的能量稱為損失能量密度(W_loss)。電介質材料的儲能效率(η) 可用式(3)表示: