Comprehensively improved energy storage and DC-bias properties in Bi0.5Na0.5TiO3-NaNbO3 based relaxor antiferroelectric

材料科学 电容器 储能 电介质 电容 陶瓷 反铁电性 功率密度 电压 光电子学 脉冲功率 功率(物理) 工程物理 复合材料 电气工程 铁电性 电极 热力学 化学 物理化学 工程类 物理
作者
Ying Jiang,Jiaming Liu,Weichen Zhang,Xu Cheng,Kezhen Hui,Yichao Zhen,Ya‐Nan Hao,Ke Bi,Limin Guo,Peiyao Zhao,Xiaohui Wang
出处
期刊:Journal of Materiomics [Elsevier BV]
标识
DOI:10.1016/j.jmat.2024.07.003
摘要

Dielectric pulse capacitors are of great concerns due to the fast charge/discharge rate and high-power density over traditional counterparts. However, energy-storage capacitor in power converters typically works at a large DC-biased voltage, where the energy-storge density (Wdis) and efficiency (η) will dramatically decay, thus fatally blocks its further applications. Herein, we proposed a synergistic strategy to achieve a comprehensively improved energy storage property in Bi1–xNaxTiO3-NaNbO3 based ceramics. Configuration of chemical composition optimization, A-site vacancy engineering, grain size refinement, and sample thickness reduction were designed in the ceramics. Finally, an optimum Wdis of 8.04 J/cm3 and an ultrahigh η of 85% was achieved for the 0.50(0.95Bi0.52Na0.44TiO3-0.05SrZrO3)-0.50NaNbO3 composite under a breakdown strength of 630 kV/cm, along with a stable DC-biased capacitance retention. Additionally, a superior performance stability was affirmed in a wide temperature/frequency range (25–150 °C and 1–100 Hz, respectively). It also exhibits an impressive ability in fatigue resistance after being subjected to up to 106 cycles, which enable it to be a suitable candidate for high energy density storage devices.
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