NBT-KBT-KNN儲能介質(zhì)陶瓷的制備與性能研究.pdf

1、隨著電力電子系統(tǒng)的集成化及小型化的快速發(fā)展，對在脈沖功率系統(tǒng)儲能介質(zhì)陶瓷電容器的儲能密度及儲能效率提出了更高的要求。一般來說，反鐵電儲能材料由于其獨特的雙電滯回線而擁有更大的儲能密度，但是目前所研究的大部分反鐵電儲能材料以鉛基為主，因此開發(fā)出無鉛反鐵電儲能介質(zhì)陶瓷材料以適應(yīng)全球無鉛化的發(fā)展趨勢十分重要。Na1/2Bi1/2TiO3(簡稱NBT)陶瓷由于在200～320℃之間存在雙電滯回線而有利于獲得較大的儲能密度，但是其雙電滯回線存在的

2、溫度較高限制了其實際應(yīng)用。本文以NBT為研究對象，通過固溶K1/2Bi1/2TiO3(簡稱KBT)及摻雜K0.5Na0.5NbO3(簡稱 KNN)形成(1-x)(Na1-yKy)0.5Bi0.5TiO3-xKNN體系，以降低NBT的退極化溫度Td，使陶瓷材料在室溫下獲得較大的儲能密度及儲能效率并兼顧良好的寬溫穩(wěn)定性。本文主要開展了以下兩個部分的研究工作：
　　采用高溫固相法制備(1-x)(Na0.80K0.20)0.5Bi0.5T

3、iO3-xKNN(x=0，0.03，0.06，0.09，0.12，0.15)無鉛儲能介質(zhì)陶瓷材料，研究KNN摻量對該體系材料結(jié)構(gòu)及電學性能的影響。研究結(jié)果表明KNN的摻入能減小陶瓷顯微結(jié)構(gòu)中的大尺寸晶粒，使晶粒尺寸變得均勻；KNN的摻入降低該材料體系的退極化溫度Td，且能壓低居里峰改善其介電常數(shù)的溫度穩(wěn)定性；且KNN能削弱該體系材料的鐵電性從而改善其儲能性能；當x=0.09時，在室溫及高溫150℃下所能獲得的最大的儲能密度及儲能效率分別

4、為1.51J/cm3、65.0％及1.45J/cm3、82.0%；且獲得良好的介電常數(shù)及儲能密度溫度穩(wěn)定性，介電常數(shù)滿足?C/C150℃≤±15%的溫度范圍61～393℃、介電常數(shù)為2320、損耗為0.0037，儲能密度在20～150℃間滿足?W/W100℃≤±20%；該體系材料在KNN摻量為0.09時獲得最佳綜合儲能性能。
　　采用固相法制備0.91(Na1-yKy)1/2Bi1/2TiO3-0.09KNN（y=0.14，0.1

5、6，0.18，0.20，0.22）無鉛儲能介質(zhì)陶瓷材料，研究KBT固溶量對該體系材料結(jié)構(gòu)及儲能性能的影響。研究結(jié)果表明KBT固溶量超過0.16后，陶瓷樣品晶體結(jié)構(gòu)開始由正交-四方相轉(zhuǎn)變；介電常數(shù)隨著KBT的增加，先增加后減小在0.16處獲得最大值，且當KBT固溶量為0.16時，該組分陶瓷樣品儲能密度隨電場強度的變化的斜率高達0.148，在室溫下的擊穿強度為11.80kV/mm，儲能密度及儲能效率分別為1.58J/cm3及67.4%，儲能