[发明专利]钨青铜结构高储能密度及功率密度无铅储能介质陶瓷材料

说明书

一种钨青铜结构高储能密度及功率密度无铅储能介质陶瓷材料，属于电子信息功能材料与器件技术领域。该陶瓷材料为A_2‑3xR_2xBNb_5‑yTa_yO₁₅，A为Sr、Ba中的一种，R为La、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho、Er、Y中的一种或几种，B为K、Na中的一种，0.02≤x≤0.2，0≤y≤5。本发明介质陶瓷材料具有优异的性能：相对介电常数ε_r900～2000之间，介电损耗5×10^‑4～6×10^‑3之间，直流抗电强度28～60kV/mm之间，储能密度最高达2.8J/cm³，储能效率最高达95.6％，功率密度在60MW/cm³以上；性能稳定，制备工艺简单，能够满足现代储能元器件的应用需求。

技术领域

本发明属于电子信息功能材料与器件技术领域，具体涉及一种钨青铜结构高储能密度及功率密度无铅储能介质陶瓷材料。

背景技术

20世纪70年代后期，随着核物理、电子束、加速器、激光、放电理论和等离子等技术的研究和日益广泛的应用，脉冲功率技术开始广泛应用于国防、科学试验、工农业及医学领域中，而脉冲电容器作为脉冲功率设备中的储能元器件具有极其重要的地位。在众多储能元件中，如飞轮、酸性蓄电池、电化学超级电容器，由于其较低的储能效率或较高的成本，应用往往得到限制。介电材料由于具有高放电效率、优秀的循环使用寿命和即时高效的充电效率而被视为有前景的储能材料。因此，研制具有高储能密度和功率密度的无铅储能介质陶瓷材料具有很大的应用价值。然而，与上述储能器件如化学电容相比，相对较低的储能密度限制了介质电容的实际应用，例如小型化、集成化等。介质电容的储能密度由单极电滞回线的下降沿对极化强度的积分决定，因此需要高极化强度、高抗电强度以及细长的线型(弛豫行为)来保证优异的储能密度。同时，高抗电强度也是获得大功率密度的关键。介质层厚度的减薄和多层陶瓷电容(MLCC)的制备是达到上述要求的有力手段之一，并且《欧洲陶瓷协会会刊》，《能源环境科学》等多家期刊已经报道了MLCC对储能性能的强大提升。