【摘 要】
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具有双电滞回线特征的反铁电材料拥有高能量密度和高功率密度,因而在储能领域备受关注。近年来研究发现,AgNbO3是一种具有广阔应用前景的新型无铅反铁电储能材料。但AgNbO3基陶瓷块体相对较低的介电击穿强度Eb限制了其储能性能的提升。采用流延工艺制备的陶瓷具有高Eb,有望在一定程度上实现AgNbO3基材料储能性能的提升。基于此,本研究通过流延工艺制备AgNbO3基反铁电陶瓷,通过提高Eb来提升储能性
【基金项目】
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铌酸银基无铅反铁电陶瓷储能性能增强与机理研究,国家自然科学基金青年科学基金项目,51802068； 铌酸银基储能材料的多层次机构和性能调控,河北省优秀青年科学基金项目,E2021201044；
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具有双电滞回线特征的反铁电材料拥有高能量密度和高功率密度,因而在储能领域备受关注。近年来研究发现,AgNbO3是一种具有广阔应用前景的新型无铅反铁电储能材料。但AgNbO3基陶瓷块体相对较低的介电击穿强度Eb限制了其储能性能的提升。采用流延工艺制备的陶瓷具有高Eb,有望在一定程度上实现AgNbO3基材料储能性能的提升。基于此,本研究通过流延工艺制备AgNbO3基反铁电陶瓷,通过提高Eb来提升储能性能,探究影响其储能性能的相关因素。具体研究结果如下:（1）通过优化流延工艺参数,将纯AgNbO3陶瓷的Eb提升至270 k V/cm。与常规固相法制备的纯AgNbO3陶瓷相比,Eb提升了50%（由190 k V/cm提高到270 k V/cm）。得益于Eb的提高,可释放能量密度Wrec提高至2.8 J/cm~3。（2）将流延工艺与Na/Ta掺杂相结合,可以有效降低陶瓷晶粒尺寸,将Eb提高至290 k V/cm;Na/Ta的引入可以在室温形成反铁电性更加稳定的M2相,显著增强室温反铁电稳定性。在高外加场强下,随着Na/Ta掺杂的增加,(Ag1-xNax)(Nb1-xTax)O3陶瓷的M2-M3相转变温度由110-130℃降低至50-70℃。得益于高Eb和增强的室温反铁电稳定性,(Ag0.80Na0.20)(Nb0.80Ta0.20)O3陶瓷的Wrec和储能效率（?）分别达到5.8 J/cm~3和61.7%;在30-130℃温度范围内具有良好的温度稳定性:Wrec维持在3.5-3.7 J/cm~3,变化幅度小于6%,（?）维持在68.2-69.5%,变化幅度小于2%;在5-200 Hz的频率范围内具有良好的频率稳定性和较好的抗疲劳性能。（3）采用流延工艺与La掺杂相结合可有效降低晶粒尺寸,提升Eb;同时在室温形成M2相,增强反铁电稳定性。(Ag0.91La0.03)Nb O3陶瓷的Eb达到380 k V/cm,Wrec高达7.6J/cm~3,（?）为67.3%;在外加场强350 k V/cm、30-170℃的温度范围内,Wrec稳定在5.4J/cm~3以上,（?）变化幅度小于9%,具有良好的高温储能性能;在外加场强230 k V/cm、5-200 Hz频率范围内,Wrec维持在3.9 J/cm~3以上,（?）变化幅度小于4%,具有良好的频率稳定性;在外加场强160 k V/cm经10~5次循环后,Wrec变化幅度小于0.5%,（?）变化幅度小于0.9%,具有良好的循环稳定性。
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