[发明专利]一种化学计量失配的高储能铌酸银基陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种化学计量失配的高储能铌酸银基陶瓷及其制备方法，该陶瓷化学式为Ag_0.985La_0.005Nb_1‑xO_3‑2.5x，其中x为摩尔百分比，x的取值满足电中性。本发明在不引入其他元素的情况下，仅通过降低铌离子含量，改变材料的化学计量比，就得到了储能密度最大为7.05J/cm³的高储能无铅反铁电陶瓷（该数值是本研究领域中的最高值），且该无铅储能陶瓷兼具高储能密度、高击穿电场（318kV/cm）、高极化强度（74μC/cm²）等优点，有望应用于新型电介质储能器件、脉冲功率器件、混合动力汽车等领域。特别地，实验证明，在不引入其他元素的情况下，仅通过改变材料的化学计量比这一创新性思路是铌酸银基无铅储能陶瓷研究中行之有效的新方法，且可以将该思路应用到其他电介质储能研究的领域中。

技术领域

本发明涉及一种化学计量失配的高储能铌酸银基陶瓷及其制备方法，属于功能陶瓷材料技术领域。

背景技术

随着电子工业的快速发展，新型储能材料的开发已成为人们关注的焦点。电介质储能电容器作为储能系统的一个重要分支，因其充放电速率快、功率密度高而被广泛应用于各种大功率设备中。然而，由于电介质储能电容器的储能密度(W_rec)较低，故其在实际应用中受到很大的限制。在所有电介质中，具有较低剩余极化(P_r)和较高储能效率的反铁电储能陶瓷(AFE)受到了研究者的广泛关注。铌酸银(AN)基陶瓷材料以较低的烧结温度和优异的反铁电性逐渐成为了近年来备受瞩目的新型绿色无铅储能材料。然而，纯AN陶瓷的储能密度较低，目前一般是通过掺杂改性来提高AN基陶瓷的反铁电性，进而提高储能性能。然而，掺杂改性就需要引入其他离子，且需要稍大的掺杂量，造成原料的浪费，不利于节约成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种化学计量失配的高储能铌酸银基陶瓷及其制备方法，提供一种新型的高储能密度、高储能效率、不引入其他元素的高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种化学计量失配的高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷，所述无铅反铁电陶瓷化学式为Ag_0.985La_0.005Nb_1-xO_3-2.5x，其中x为摩尔百分比，x的取值满足电中性。

进一步的，所述x的取值为：0x≤0.1。

进一步的，在室温下，所述的化学计量失配的高储能铌酸银基无铅陶瓷的击穿电场为210kV/cm～325kV/cm。

进一步的，在室温下，所述的化学计量失配的高储能铌酸银基无铅陶瓷的极化强度为56μC/cm²～74μC/cm²。

进一步的，在室温下，所述的化学计量失配的高储能铌酸银基无铅陶瓷的储能密度为3.5J/cm³～7.05J/cm³，储能效率为42％～55％。

第二方面，本发明提供了一种化学计量失配的高储能铌酸银基无铅陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)选用高纯度Ag₂O粉体、高纯度Nb₂O₅粉体、高纯度La₂O₃粉体作为原料粉体，按化学式Ag_0.985La_0.005Nb_1-xO_3-2.5x称料后球磨混合、烘干、压片，得到生胚；