[发明专利]一种无铅反铁电高储能密度陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种无铅反铁电高储能密度陶瓷材料及其制备方法，所述无铅反铁电高储能密度陶瓷材料的化学通式为(1‑x)(Nasubgt;0.5/subgt;Agsubgt;0.5/subgt;)subgt;1‑/subgt;subgt;3y/subgt;Msubgt;y/subgt;NbOsubgt;3/subgt;‑xABOsubgt;3/subgt;，其中0＜x≤0.3，0＜y≤0.15；所述ABOsubgt;3/subgt;选自BiFeOsubgt;3/subgt;、NaTaOsubgt;3/subgt;和AgTaOsubgt;3/subgt;中的一种；所述的通式中的M选自Bi、La、Ce三价金属的氧化物中的一种或多种，当为多种时，其摩尔分数之和为1；通过结合NaNbOsubgt;3/subgt;和AgNbOsubgt;3/subgt;这两种无铅反铁电体的优势，构建了(Nasubgt;0.5/subgt;Agsubgt;0.5/subgt;)NbOsubgt;3/subgt;基体，并且通过高价元素替代A位抑制Ag还原，当向(Nasubgt;0.5/subgt;Agsubgt;0.5/subgt;)NbOsubgt;3/subgt;中加入其它钙钛矿组成，可以获得稳定的且可逆的反铁电相结构，最终获得高的储能密度，使其能够满足无铅储能电容器中的实际应用需求。

技术领域

本发明涉及电介质储能陶瓷材料技术领域，具体涉及一种无铅反铁电高储能密度陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

当前随着人们日益增长的能源需求，石油等化石燃料不可再生能源被持续不断的消耗，这将使得人类要面临着巨大的能源危机。因此，提高能源利用率和开发新能源已成为世界各国共同关注的问题，同时有些国家把其提升到国家未来生存和发展的重要战略层面。电能的开发和利用已成为缓解当前能源危机的重要途径，寻找电能储存的新材料和新工艺是及其必要的。电介质电容器因具有充放电速度快、寿命时间长等优点，因此，使得它们能满足于不同方面的应用需求。随着科技的发展，在某些方面应用中如脉冲系统等对储能材料提出了新的要求，即具有电容器的优点同时具有高的能量存储密度。通过对电容器及其材料的改性，获得同时具有高能量和功率密度的材料，已成为当前研究的主要方向和热点。目前，用于制备电容器的高储能密度电介质材料的研究主要集中在聚合物、聚合物-陶瓷复合材料以及陶瓷三大类。其中，陶瓷材料具有介电常数高、可调性好、热稳定性好、储能密度高及低的能量损耗等优点，而被广泛应用于储能器件中。

关于储能陶瓷介质材料，其主要可分为线性陶瓷介质、铁电体陶瓷介质和反铁电体陶瓷介质三大类。其中反铁电材料，由于其具有高的饱和极化强度以及低的剩余极化而具有潜力获得高的储能特性，但是大多数的反铁电材料含有对环境以及人体有害的Pb元素，如PbZrO₃反铁电材料体系。NaNbO₃陶瓷在室温下具有反铁电结构，但纯NaNbO₃在施加第一周期电场之后即转变为铁电相。而且除了室温下的反铁电相，其在360℃至480℃之间还存在另外一个反铁电正交相。AgNbO₃虽然具有可逆的反铁电特征且具有优异储能性能，但银在烧结过程中易还原且价格昂贵限制了其使用。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供一种无铅反铁电高储能密度陶瓷材料及其制备方法，通过结合NaNbO₃和AgNbO₃这两种无铅反铁电体的优势，构建了(Na_0.5Ag_0.5)NbO₃基体，并且通过高价元素替代A位抑制Ag还原，当向(Na_0.5Ag_0.5)NbO₃中加入其它钙钛矿组成，可以获得稳定的且可逆的反铁电相结构，最终获得高的储能密度，使其能够满足无铅储能电容器中的实际应用需求。