中國(guó)粉體網(wǎng)訊 介電儲(chǔ)能陶瓷電容器具有功率密度高、充放電速度快和循環(huán)壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，在核物理與技術(shù)、新能源發(fā)電系統(tǒng)、醫(yī)用手術(shù)激光、混合動(dòng)力汽車(chē)、石油天然氣勘探和定向能武器等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為脈沖功率設(shè)備中最關(guān)鍵的元件之一。然而，目前介電儲(chǔ)能電容器的儲(chǔ)能密度相對(duì)較低，不能滿(mǎn)足脈沖功率器件集成化、輕量化和小型化的需求。因此提升介質(zhì)電容器的能量密度被廣泛研究，但多為摻雜、固溶、多相等方法。
一般來(lái)說(shuō)，介電儲(chǔ)能性能可以通過(guò)化學(xué)改性來(lái)提高，介電陶瓷的晶粒尺寸和致密化程度對(duì)擊穿強(qiáng)度和機(jī)械性能的大小起著決定性的作用，這兩個(gè)參數(shù)主要由制造方法和處理來(lái)控制。
近日，西南科技大學(xué)環(huán)境友好能源材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室魏賢華教授課題組成功通過(guò)冷燒結(jié)輔助兩步燒結(jié)的方式成功制備出了Sr0.7Bi0.2TiO3亞微米儲(chǔ)能陶瓷。陶瓷具有較小的晶粒尺寸、高的擊穿電場(chǎng)與高的儲(chǔ)能密度（0.5μm、550kV/cm、4.17J/cm3）。此外，還具有61.7ns的超快放電速度，良好的機(jī)械性能。相比于常規(guī)固相燒結(jié)（SP），冷燒結(jié)（CSP）輔助很大程度抑制了陶瓷晶粒的長(zhǎng)大，從而獲得了一個(gè)亞微米晶粒尺度的介電陶瓷，通過(guò)利用晶粒細(xì)化和致密化的協(xié)同效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的綜合儲(chǔ)能性能陶瓷制備的新方案。
該團(tuán)隊(duì)利用溶液燃燒合成法合成的納米粉體制備了Sr0.7Bi0.2TiO3（SBT）陶瓷，采用兩步法結(jié)合CSP和CS方法系統(tǒng)地研究了SBT陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)、介電性能和儲(chǔ)能性能。圖1所示。
圖1.冷燒結(jié)輔助（CSP）與常規(guī)固相燒結(jié)（CS）的對(duì)比
通過(guò)CSP的額外參與，SBT陶瓷的晶粒尺寸從0.99微米大大抑制到0.50微米。
通過(guò)CSP和隨后在1170℃的高溫?zé)Y(jié)很好地實(shí)現(xiàn)了減小晶粒尺寸和增加相對(duì)密度的平衡，如圖2所示。
圖2 CSP2陶瓷達(dá)到小晶粒尺寸與高致密度的平衡
CSP陶瓷的儲(chǔ)能性能
相關(guān)成果以“Submicron Sr0.7Bi0.2TiO3 dielectric ceramics for energy storage via a two-step method aided by cold sintering process”為題發(fā)表在國(guó)際材料領(lǐng)域著名期刊《Materials & Design》（DOI:10.1016/j.matdes.2022.111447）上。該論文第一作者為碩士研究生楊仕林，通訊作者為魏賢華教授，西南科技大學(xué)環(huán)境友好能源材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為論文第一作者單位和通訊作者單位。
來(lái)源：電介質(zhì)Dielectrics
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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