[发明专利]一种新型BCZT基储能陶瓷材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种新型BCZT基储能陶瓷材料及其制备方法和应用，所述BCZT基储能陶瓷材料的组成通式为：(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.10Ti_0.90)_1‑x(Ni_yNb_z)_xO₃，其中，0.1≤x≤0.8，0＜y≤1.0，0＜z≤1.0。本发明的(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.10Ti_0.90)_1‑x(Ni_yNb_z)_xO₃具有高储能密度，同时还具有低介电损耗、介电常数适中、击穿强度大、温度和频率稳定性好等特点。

技术领域

本发明属于功能陶瓷领域，具体涉及一种以BCZT陶瓷为基体的具有高储能密度、低介电损耗、介电常数适中、击穿强度大、温度和频率稳定性好的储能陶瓷及其制备方法，该储能陶瓷可用于储能电容器。

背景技术

高储能密度陶瓷是制作小型、大容量电容器的关键材料，由于其具有充放电速度快、抗循环老化能力强、高温和高压等极端条件下性能稳定等优点，在电动汽车、高功率电子器件、脉冲功率电源、新能源及智能电网系统等基础科研和工程技术领域均有着广阔的应用前景。

储能介质陶瓷材料主要有线性陶瓷、铁电陶瓷和反铁电陶瓷三类。线性陶瓷介电常数几乎不随电场变化，具有低场下线性可逆、可重复多次充放电、击穿强度大等优点，但由于其介电常数较小，其储能密度在安全电场范围内只有0.01J/cm³数量级。铁电陶瓷具有自发极化，在无外加电场时具有很高的介电常数，而在电场作用下，铁电陶瓷介电常数随电场增加而降低，并且其击穿场强通常不高，导致陶瓷在高场下储能密度并不大，一般不超过0.2J/cm³，并且铁电陶瓷的介质损耗较大，温度和频率的稳定性较差，也制约了铁电陶瓷储能器的发展。反铁电体在中低电场就能达到较高储能密度，但是反铁电-铁电相变引起的体积膨胀非常大，引起陶瓷开裂。

Fletcher等人通过理论计算得出：将铁电陶瓷的居里温度调控到室温以下，可以大大提高陶瓷的储能密度(Journal of Physics D:Applied Physics,1996,29(1):253.)。因此可以将(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.10Ti_0.90)O₃陶瓷的居里温度调控到室温以下，从而提高(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.10Ti_0.90)O₃的储能密度和储能效率。

(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.10Ti_0.90)O₃(BCZT)由于其较高的d₃₃一直备受人们关注，而其在储能方面的研究较少，由于BCZT在室温下为铁电相，介质损耗大，介电常数随电场增加而下降，因此其储能密度仅为0.20～0.30J/cm³，且储能效率低于75％。

发明内容

针对现有技术的以上问题，本发明的目的在于提高一种具有高储能密度、低介电损耗、介电常数适中、击穿强度大、温度和频率稳定性好的储能陶瓷及其制备方法。