[发明专利]一种钛酸锶钡基陶瓷材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种钛酸锶钡基陶瓷材料及其制备方法和应用，属于储能陶瓷材料技术领域。本发明提供的钛酸锶钡基陶瓷材料，化学组成为(1‑x)Ba_0.8Sr_0.2TiO₃‑xBi(Mg_2/3Nb_1/3)O₃，其中，0.08≤x≤0.16。本发明提供的钛酸锶钡基陶瓷材料具有高储能密度和储能效率。实施例的结果显示，本发明提供的钛酸锶钡基陶瓷材料具有高的介电弛豫性和抗击穿电场，可以获得细长的电滞回线；在250kV/cm的外加电场下，本发明中钛酸锶钡基陶瓷材料的有效储能密度为2.028J/cm³，同时储能效率达到96.8％。

技术领域

本发明涉及储能陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种钛酸锶钡基陶瓷材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着世界经济和人类社会的飞速发展，人们对能源的需求与日俱增，太阳能、风能等具有间歇性、随机性和波动性等问题的新型清洁能源也逐步走向实用化，运用先进的储能设备与技术将这些新型可再生能源进行合理存储和利用的研究也逐渐加深。电介质电容器因其具有超高的功率密度以及超快速的充放电能力，非常适用于功率波动大或者需要高功率密度的领域。此外，电介质电容器充放电过程极其迅速，还具有很长的循环寿命和很高的安全性，因而广泛应用于商业、医疗及军用等领域。目前，商业使用的电介质电容器主要为陶瓷电介质，其能量密度小于2J/cm³，随着电力电子器件和系统向着小型化、轻量化以及集成化方向发展，开发具有高储能密度的电介质电容器具有重要意义。

储能陶瓷的性能主要取决于其介电常数和绝缘性两个因素，并且陶瓷介质储能特性与其介电常数和工作场强的平方的乘积具有正比例关系。BaTiO₃陶瓷作为储能陶瓷使用，其较低的击穿场强、较大的剩余极化强度以及较低的储能效率使其储能密度被约束。同时，BaTiO₃陶瓷还存在电致伸缩现象，在交变电场中工作时，容易产生内裂纹。

钛酸锶基材料同钛酸钡基材料均属于ABO₃钙钛矿类化合物，且两者均具有优越的光电特性。钛酸钡是一种标准铁电体，相变可发生为铁电到顺电转变。常温下的钛酸锶为顺电体，在低温段时有较高介电常数。由钛酸钡同钛酸锶任意比例固溶而成的钛酸锶钡((Ba,Sr)TiO₃)表现出良好的电、光性能。(Ba,Sr)TiO₃不仅介电常数高、损耗低，且稳定性良好，可以配制不同的Ba/Sr比，有利于在各种苛刻条件、环境中使用。但(Ba,Sr)TiO₃的储能性能仍有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛酸锶钡基陶瓷材料及其制备方法和应用，本发明提供的钛酸锶钡基陶瓷材料具有高储能密度和储能效率。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种钛酸锶钡基陶瓷材料，化学组成为(1-x)Ba_0.8Sr_0.2TiO₃-xBi(Mg_2/3Nb_1/3)O₃，其中，0.08≤x≤0.16。

优选地，所述钛酸锶钡基陶瓷材料为钙钛矿结构。

本发明提供了上述技术方案所述钛酸锶钡基陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

将BaCO₃、Bi₂O₃、Nb₂O₅、MgO、SrCO₃和TiO₂按所述钛酸锶钡基陶瓷材料的化学组成配料，之后依次进行第一次球磨、预烧、第二次球磨、造粒压片、排胶和烧结，得到钛酸锶钡基陶瓷材料。

优选地，所述预烧的温度为900～920℃，保温时间为4～6h。