High energy storage performance in Sr0.64Bi0.18Na0.18TiO3-ZnO hybrid solid solution ceramics

材料科学 固溶体 电容器 储能 铁电性 陶瓷 电介质 光电子学 烧结 凝聚态物理 复合材料 电压 冶金 热力学 电气工程 物理 工程类 功率(物理)
作者
Jian Guo,Hao-Ran Yu,Shan‐Tao Zhang,Bin Yang
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:122 (17) 被引量:5
标识
DOI:10.1063/5.0144267
摘要

Ceramic-based capacitors with excellent recoverable energy storage density (Wrec) and efficiency (η) are greatly desired for pulsed capacitors but challenge as well. In this work, the high energy storage performance with an Wrec of 5.1 J/cm3, an η of 93.4%, and an ultrafast discharge–charge speed t0.9 of 72 ns is achieved in unusual interstitial and substitutional hybrid solid solution of Sr0.64Bi0.18Na0.18TiO3-ZnO (SBNT-Zn), in which two Zn2+ ions occupy one A-site, while one Zn2+ ion occupies one B-site of ABO3 perovskite lattice simultaneously. The addition of Zn2+ increases lattice distortion and breaks long-range ferroelectric order, resulting in more highly dynamic polar nanoregions, higher relaxation behaviors as well as larger polarization (ΔP). Moreover, the extraordinary hybrid solid solution configuration enhances the bandgap of SBNT-Zn and ZnO as a sintering aid refines grain size, both help to enhance electric breakdown strength. This work affirms the feasibility and reliability of forming a hybrid solid solution to develop high-performance ferroelectric materials.
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