通过组合设计和领域工程实现na0.5 bi0.5 tio3基陶瓷的增强储能性能( Enhanced Energy Storage Properties Achieved in Na0.5Bi0.5TiO3–Based Ceramics via Composition Design and Domain Engineering )

D Li D Zhou W Liu PJ Wang HX Lin

具有高功率密度和快充放电速度的介电陶瓷材料近年来日益受到关注。然而，它们相互制约的能量密度和效率以及不理想的温度稳定性一直是制约其实际应用的主要障碍。本文通过成分设计和畴化工程策略，研究了Sr0.85Sm0.1TiO3(SST)改性Na0.5Bi0.5TiO3(NBT)陶瓷在422kV·cm下的可回收能量密度为5.02J·cm,效率为90%；研究了0.50Nbt-0.50SST陶瓷在250kV·cm下的储能性能，发现其在频率(1-100Hz)和温度(20-180℃)上具有良好的稳定性，这是由于其击穿强度(Eb)的提高和弛豫行为的增强。通过紫外、可见（UV-vis）吸收光谱和扫描电镜证实，禁带宽度的增加和晶粒尺寸的细化是Na0.5Bi0.5TiO3基固溶体Eb显著增强的原因。通过压电响应、力显微镜和透射电子显微镜证明，极性纳米区域的产生导致了可忽略的剩馀极化和热稳定的极化场响应。值得注意的是，如果将这种陶瓷复合材料制成多层陶瓷电容器作为介电层，由于Eb的提高，能量密度将进一步大大优化。此外，优化后的成分还可以获得188.6mW·cm的功率密度和70 ns的快速放电速度。结果表明，多尺度优化策略是实现Na0.5Bi0.5TiO3基陶瓷优异综合储能性能的有效途径。

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