[發(fā)明專利]一種兼具高儲能密度，高功率密度和高效率的鈦酸鉍鈉基弛豫鐵電陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210745912.6
• 申請日: 2022-06-29
• 公開（公告）號: CN115196960B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設計）人: 劉輝;孫正;羅華杰;陳駿
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01G4/12
• 分類號: H01G4/12;C04B35/475;C04B35/622;C04B41/87
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供一種兼具高儲能密度、高功率密度和高效率的鈦酸鉍鈉基弛豫鐵電陶瓷材料及其制備方法，屬于電介質(zhì)儲能陶瓷材料技術領域；其化學組成為0.5(Bisubgt;0.5/subgt;Nasubgt;0.5/subgt;)TiOsubgt;3/subgt;?(0.5?x)BaTiOsubgt;3/subgt;?xBaHfOsubgt;3/subgt;(0.04≤x≤0.12)。方法包括：以BNT為基體，通過摻雜引入BT和BH合成三元固溶體，然后采用固相反應法合成。本發(fā)明所制得的鈦酸鉍鈉基弛豫鐵電陶瓷材料的最大擊穿場強達到800kV/cm，儲能密度能夠達到12.7J/cmsupgt;3/supgt;，儲能效率穩(wěn)定在84％以上，且在700kV/cm的電場下，儲能密度達到89％。此外，其制備工藝簡單，成本低廉，對環(huán)境友好，可以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

技術領域

本發(fā)明屬于電介質(zhì)儲能陶瓷材料領域，具體涉及一種兼具高儲能密度，高功率密度和高效率的鈦酸鉍鈉基弛豫鐵電陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

近年來，儲能陶瓷以功率密度高、溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)點在脈沖功率等領域發(fā)揮著越來越重要的作用，其中，鉛基電容器以其極高的擊穿場強和儲能密度而成為過去該研究領域的熱點，但是隨著環(huán)境污染等問題日益嚴重，發(fā)展無鉛陶瓷電容器已成為必然趨勢。目前，無鉛儲能陶瓷發(fā)展的最大制約因素是擊穿場強小、儲能密度低，難以順應當前元器件小型化、集成化的發(fā)展趨勢。

在無鉛儲能陶瓷中，鈦酸鉍鈉體系因具有較高自發(fā)極化強度而受到廣泛關注。但其剩余極化強度大，擊穿場強低，導致儲能效率和儲能密度低，制約了它的應用范圍。針對于此，現(xiàn)階段主要通過摻雜等方式合成鈦酸鉍鈉固溶體，提高其儲能密度及儲能效率，從而使其能更好地滿足實際應用的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種鈦酸鉍鈉基弛豫鐵電陶瓷材料及其制備方法，其兼具高儲能密度、高功率密度和高效率。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供如下技術方案：

第一方面，提供一種兼具高儲能密度、高功率密度和高效率的鈦酸鉍鈉基弛豫鐵電陶瓷材料，其化學組成為0.5(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-(0.5-x)BaTiO₃-xBaHfO₃(0.04≤x≤0.12)。

優(yōu)選地，0.06≤x≤0.10，x具體例如可以為0.06、0.07、0.08、0.09、0.10。

更優(yōu)選地，x＝0.08。

在上述優(yōu)選x方案下，其儲能密度能夠達到12.7J/cm³，儲能效率能夠達到89％，且最大擊穿場強可以達到800kV/cm。這主要是因為通過BaTiO₃(BT)?和BaHfO₃(BH)的摻雜，使(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃(BNT)實現(xiàn)了室溫下由鐵電體向弛豫鐵電體的轉(zhuǎn)變，電疇由宏觀尺度變?yōu)榧{米尺度，剩余極化減小，提高了儲能效率。且該組分的晶粒尺度較小，致密度較高，使其具有更高的擊穿場強。

第二方面，提供第一方面所述的鈦酸鉍鈉基弛豫鐵電陶瓷材料的制備方法，包括：以BNT為基體，通過摻雜引入BT和BH合成三元固溶體，然后采用固相反應法合成。

其中，優(yōu)選地，具體采用以下步驟：