[發(fā)明專利]一種高溫穩(wěn)定型鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶基介電儲能陶瓷材料及其制備與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210379506.2
• 申請日: 2022-04-12
• 公開（公告）號: CN114716243B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王歆;李心宏;盧振亞;陳志武;梁岸
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: C04B35/475
• 分類號: C04B35/475
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 陳智英

本發(fā)明屬于電容材料的技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種高溫穩(wěn)定型鈦酸鉍鈉?鈦酸鍶基介電儲能陶瓷材料及其制備與應(yīng)用。所述介電儲能陶瓷材料，化學組成為Na_0.35Bi_0.35Sr_0.3Ti_(1?x)(Al_0.5Nb_0.5)_xO₃，0＜x≤0.05。本發(fā)明還公開了介電儲能陶瓷材料的制備方法。本發(fā)明的介電儲能陶瓷材料具有良好的儲能性能和高溫穩(wěn)定性，如：在室溫、60kV/cm外加電場下的儲能密度Wrec為0.62J/cm³，儲能效率為73.89％；具有高介電常數(shù)且其高溫穩(wěn)定性，在室溫到270℃介電常數(shù)保持3311±15％以及tanδ＜0.02的低介電損耗。本發(fā)明的介電儲能陶瓷材料用于介電儲能電容器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電容材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫穩(wěn)定型鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶基介電儲能陶瓷材料及其制備與應(yīng)用。所述介電儲能陶瓷材料用于儲能電容領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著社會經(jīng)濟高速增長，人們對太陽能、風能、熱能等可再生清潔能源需求也不斷增長，儲能器件以及儲能材料因此也成為研究重點。其中介電儲能電容器由于具有超高功率密度而在混合能源動力、脈沖醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。陶瓷基介電儲能材料具有體積小、溫度穩(wěn)定高、快速充放電以及較高的能量密度在介電儲能電容器中占據(jù)重要地位。但是在石油地下鉆井探測、汽車發(fā)動機傳感控制傳感器等具有較高工作溫度的特殊場景中工作除了需要電容器材料具備較高儲能密度和效率外，還需要較好的高溫穩(wěn)定性能。

鈦酸鉍鈉(Na_0.5Bi_0.5TiO₃)是一類弛豫鐵電體材料，Bi³⁺與Pb²⁺具有類似的孤對電子6s²配置，在室溫下具有較強的鐵電性表現(xiàn)出較高的飽和極化，在儲能領(lǐng)域具有很大的潛力。但是純NBT(鈦酸鉍鈉)由于較大的剩余極化使得其儲能密度和儲能效率較低。為了改善NBT的性能，人們將NBT與鈣鈦礦型材料(如BaTiO₃、SrTiO₃、K_0.5Na_0.5NbO₃等)形成固溶體。固溶體中(1-x)NBT-xST體系具有較大的飽和極化強度Pmax和減小的剩余極化Pr，提高了NBT的儲能性能，但剩余極化仍處于較高水平，限制了儲能性能的進一步提升。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服NBT基較大的剩余極化的缺點以及提高陶瓷基介電儲能材料儲能性能和高溫穩(wěn)定性，本發(fā)明提供了一種高溫穩(wěn)定型鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶基介電儲能陶瓷材料及其制備方法。本發(fā)明采用絡(luò)合離子(Al_0.5Nb_0.5)⁴⁺對0.7Na_0.5Bi_0.5TiO₃-0.3SrTiO₃進行改性，提高了其儲能性能同時保持了高的溫度穩(wěn)定性。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述高溫穩(wěn)定型鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶基介電儲能材料的應(yīng)用。所述高溫穩(wěn)定型鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶基介電儲能陶瓷材料用于介電儲能電容器的領(lǐng)域。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種高溫穩(wěn)定型鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶基介電儲能陶瓷材料，化學組成為Na_0.35Bi_0.35Sr_0.3Ti_(1-x)(Al_0.5Nb_0.5)_xO₃，其中0＜x≤0.05；通式中下標數(shù)字代表元素的摩爾比；優(yōu)選的，x＝0.01～0.05；進一步優(yōu)選的，x＝0.02～0.04。本發(fā)明的介電儲能材料具有較高的儲能效率和儲能密度，在較寬的溫度范圍內(nèi)具有良好的介溫穩(wěn)定性。

所述高溫穩(wěn)定型鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶基介電儲能陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：