[發明專利]一種高性能燒綠石儲能陶瓷材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202210640955.8
• 申請日: 2022-06-07
• 公開（公告）號: CN114956816B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 林元華;羅子茜;張旻昊;陳怡穎;南策文
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/622;C04B35/638;H01G4/12
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙靜

本發明提供一種高性能燒綠石儲能陶瓷材料及其制備方法與應用，所述高性能燒綠石儲能陶瓷材料的化學組成通式為：(1?x)Cd₂Nb₂O₇?xBi₂Ti₂O₇，其中，0＜x≤0.2。發明人發現，具有上述化學組成通式的燒綠石儲能陶瓷材料同時具有較大的極化和較高的擊穿場強，具有優良的儲能性能，此外該材料還具有結構穩定的特點，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于介電儲能材料領域，具體涉及一種高性能燒綠石儲能陶瓷材料及其制備方法及應用。

背景技術

靜電電容器是通過電介質在外電場中的極化與去極化過程來儲存和釋放能量的器件。相比于其他常見的儲能方式，如電化學電容器、鋰電池、燃料電池和飛輪等，靜電電容器具有高功率密度(可達兆瓦量級)和響應迅速(可達微秒量級)的優勢。但其劣勢在于儲能性能較低，而材料的儲能性能與材料的極化和擊穿場強有強關聯性，其中介電常數往往反映了材料的極化狀態，目前關于提高電介質儲能材料的儲能性能主要思路是優化材料的介電常數和擊穿場強。

現有的燒綠石(A₂B₂O₇)不能同時具有較高的擊穿性能和較大的極化，導致其儲能性能較差。

因此，有必要對現有的燒綠石儲能陶瓷材料進行改進。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上改善上述技術問題的至少之一。

為改善上述技術問題，本發明提供一種高性能燒綠石儲能陶瓷材料，所述高性能燒綠石儲能陶瓷材料的化學組成通式為：(1-x)Cd₂Nb₂O₇-xBi₂Ti₂O₇，其中，0＜x≤0.2。發明人發現，具有上述化學組成通式的燒綠石儲能陶瓷材料同時具有較大的極化和較高的擊穿場強，具有優良的儲能性能，具有廣泛的應用前景。

本發明還提供一種制備前文所述的高性能燒綠石儲能陶瓷材料的方法，所述方法包括：

(1)按照高性能燒綠石儲能陶瓷材料的化學計量比，稱取CdO、Nb₂O₅、Bi₂O₃、TiO₂，進行球磨，得到混料；

(2)將所述混料進行預燒；

(3)在經過所述預燒后的混料中加入粘結劑，過篩，獲得粒料；

(4)對所述粒料進行壓片，進行排膠，獲得生坯；

(5)將所述生坯進行燒結，得到高性能燒綠石儲能陶瓷材料。

由此，由該方法所得到的高性能燒綠石儲能陶瓷材料具有前文所述的高性能燒綠石儲能陶瓷材料所具有的全部特征和優點，在此不再贅述。總的來說，由該方法所制備得到的燒綠石儲能陶瓷材料同時具有較大的極化和較高的擊穿場強，具有優良的儲能性能，具有廣泛的應用前景。此外，該方法還具有工藝簡單的優點，適合大規模的工業化生產。

根據本發明的實施例，步驟(1)中，所述球磨的時間為12-18小時；所述球磨為濕法球磨，在進行所述球磨之后、進行預燒之前，所述方法還包括對球磨后的物料進行烘干的步驟，烘干后得到混料。

根據本發明的實施例，步驟(2)中，所述預燒的溫度為900-1000℃，所述預燒的時間為3-5小時。

根據本發明的實施例，在進行預燒之后、加入粘結劑之前，所述方法還包括：將預燒后的混料冷卻；將冷卻后的混料進行二次球磨，將二次球磨后的混料進行二次烘干，將二次烘干后的混料進行研磨；所述二次球磨為濕法球磨，所述二次球磨的時間為20-24小時；所述二次烘干的溫度為120-140℃。