ZnO掺杂对钛酸锶基陶瓷储能性能的影响

作     者：王佳蕊 刘洋 刘璐璐 王娣 王超 郝继功 李伟 WANG Jiarui;LIU Yang;LIU Lulu;WANG Di;WANG Chao;HAO Jigong;LI Wei

作者机构：聊城大学材料科学与工程学院山东省教育厅敏感材料与器件实验室山东聊城252059 

出 版 物：《硅酸盐学报》 (Journal of The Chinese Ceramic Society)

年 卷 期：2024年第52卷第4期

页      面：1183-1191页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：山东省自然科学基金项目(ZR2020ME033,ZR2020ME031) 聊城大学科研项目(318011906) 

主　　题：电介质陶瓷 钛酸锶 储能性能 脉冲充放电 

摘      要：采用传统固相合成工艺制备了(Sr_(0.42)Na_(0.15)Bi_(0.29)Ca_(0.07)□_(0.07))TiO_(3)-x%ZnO(□表示空位,化学式简写为SNBCT-x%ZnO,质量分数)储能陶瓷,并研究了ZnO掺杂对SNBCT陶瓷结构和储能性能的影响。结果表明:所用组分样品均具有以立方相为主相的钙钛矿结构,并表现出细长的电滞回线。ZnO掺杂有效提高了SNBCT陶瓷的击穿强度,并促进了其储能性能的提升。当ZnO掺杂量为0.5%时,样品在468 kV/cm电场下的有效储能密度(W_(rec))达5.16 J/cm^(3),储能效率(η)为88.2%。通过有限元分析建立了该组分陶瓷的晶粒/晶界模型,模拟了电场作用下样品击穿裂纹的扩展,分析了样品高耐击穿行为的内在机理。此外,样品还具有良好的充放电性能,放电能量密度(Wd)和放电速率(t_(0.9))在280 kV/cm电场下分别为2.61 J/cm^(3)和227 ns,同时样品表现出良好的温度稳定性,在脉冲功率系统中展示出良好的应用潜力。