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Enhancing energy storage efficiency in lead-free dielectric ceramics through relaxor and lattice strain engineering

Journal of Materiomics 2024年第6期10卷 1196-1205页

作者： Xuetian Gong Chao Zhang Dong Su Wenrong Xiao fangjie cen Ying Yang Shenglin Jiang Jing Wang Kanghua Li Guangzu Zhang School of Integrated Circuits Engineering Research Center for Functional Ceramics MOE and Wuhan National Laboratory for OptoelectronicsHuazhong University of Science and TechnologyWuhanHubei430074China College of Chemnistry and Materials Science Hebei UniversityBaodingHebei071002China Key Lab of Functional Materials for Electronic Information(B) Ministry of EducationWuhanHubei430074China

Dielectric capacitors with high power density and fast charge-discharge speed play an essential role in the development of pulsed power *** increased demands for miniaturization and practicality of pulsed power equipment also necessitate the development of dielectric materials that possess high energy density while maintaining ultrahigh efficiency(η).In particular,ultrahigh efficiency signifies minimal energy loss,which is essential for practical applications but challenging to effectively ***,we demonstrate a strategy of incorporating heterovalent elements into Ba(Zr_(0.1)Ti_(0.9))O_(3),which contributes to achieving relaxor ferroelectric ceramics and reducing lattice strain,thereby improving the comprehensive energy storage ***,optimal energy storage performance is attained in 0.85Ba(Zr_(0.1)Ti_(0.9))O_(3)-0.15Bi(Zn_(2/3)Ta_(1/3))O_(3)(BZT-0.15BiZnTa),with an ultrahighηof 97.37%at 440 kV/cm(an advanced level in the lead-free ceramics)and an excellent recoverable energy storage density(Wrec)of 3.74 J/cm^(3).Notably,the BZT-0.15BiZnTa ceramics also exhibit exceptional temperature stability,maintaining fluctuations in Wrec within∼10%andηconsistently exceeding 90% across the wide temperature range of−55℃ to 160℃,and under a high electric field of 250 kV/*** these features demonstrate that the relaxor and lattice strain engineering strategies have been successful in achieving high-performance lead-free ceramics,paving the way for designing high-efficiency dielectric capacitors with a wide temperature range.

关键词： Energy storage Relaxor ferroelectrics Lead-free ceramics Lattice strain engineering

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铁电陶瓷的电卡效应及其应用

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硅酸盐学报 2022年第3期50卷 642-660页

作者：张超岑方杰肖文荣杜全沛邹凯伦姜胜林张光祖华中科技大学光学与电子信息学院武汉430074

电卡效应通过电场诱导极性材料的相变和偶极子取向,进而引起材料的熵变和温变、控制材料的吸、放热过程,可用于热搬运和制冷。电卡制冷无须危害环境的制冷剂,且具有效率高、体积小和重量轻的特点,可为节能环保制冷技术的实现提供新的解... 详细信息

电卡效应通过电场诱导极性材料的相变和偶极子取向,进而引起材料的熵变和温变、控制材料的吸、放热过程,可用于热搬运和制冷。电卡制冷无须危害环境的制冷剂,且具有效率高、体积小和重量轻的特点,可为节能环保制冷技术的实现提供新的解决方案。铁电材料电卡效应的增强是电卡制冷走向实用的关键。铁电陶瓷极化率高、相结构丰富且调控方法多样,在电卡效应研究中备受关注。本工作介绍了基于不同材料体系的铁电陶瓷薄膜、块体和多层厚膜的电卡效应,讨论了电卡性能与材料配方、相变行为和微结构间的内在联系,归纳了材料电卡效应的调控方法。最后,对铁电陶瓷的未来研究进行了展望。

关键词：固态制冷电卡效应铁电陶瓷相结构熵变温变

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