目前世界最高AgNbO3基反鐵電陶瓷的能量密度

2020-10-14 材料material

介電儲能電容器由於其高功率密度和充放電速率在電子、通訊、汽車等領域皆有著極其廣泛的應用。常規的反鐵電材料擁有近零的剩餘極化強度且較高的最大極化，是一類極其有希望獲得較高儲能能量密度的材料。但是偏低的反鐵電-鐵電相轉變電場嚴重地限制了該系列材料的高儲能密度。因此，研究AgNbO3基反鐵電材料的相轉變，解鎖高能量密度的機制，將為高儲能性能的無鉛反鐵電電容器的設計和研發提供新的思路。

英國謝菲爾德大學的Ian. M. Reaney教授（通訊作者）課題組的陸智倫博士（第一作者）通過對AgNbO3進行Ag和Nb位分別摻雜Nd和Ta獲得目前世界最高的AgNbO3基反鐵電陶瓷的能量密度（6.5 J/cm3），同時結合透射電鏡和同步輻射等表徵技術分析並總結了AgNbO3基反鐵電陶瓷的高能量密度的4條設計原則：（1）增加材料的電阻率；（2）A位異價摻雜優化最大極化；（3）減小反極性/極性耦合；（4）增強反鐵電相的穩定性。文章中還首次觀察並提出了(Ag,Nd)(Ta,Nb)O3反鐵電陶瓷在高電場下為反鐵電-亞鐵電相轉變，而非傳統認為的反鐵電-鐵電轉變。


該工作以「Mechanism of enhanced energy storage density in AgNbO3-based lead-free antiferroelectrics」為題發表於《Nano Energy》。共同第一作者包括鮑偉超博士（上海矽酸鹽研究所），王戈博士（謝菲爾德大學），孫世寬博士（謝菲爾德大學），共同通訊作者包括王大偉博士（謝菲爾德大學）和劉士餘副教授（天津師範大學）。


論文連結：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520310004


圖1 儲能性能


圖2 原位同步輻射高能X射線闡述在高電場下的反鐵電-亞鐵電相轉變


*感謝論文作者團隊對本文的大力支持。

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