Highly-reliable dielectric capacitors with excellent comprehensive energy-storage properties using Bi0.5Na0.5TiO3-based relaxor ferroelectric ceramics

材料科学 电容器 电介质 铁电性 陶瓷 储能 脉冲功率 极化(电化学) 功率密度 电场 薄膜电容器 磁滞 光电子学 复合材料 凝聚态物理 电气工程 电压 物理化学 热力学 量子力学 物理 工程类 功率(物理) 化学
作者
Jianan Zuo,Yang Huilin,Jianxiu Chen,Changwei Li
出处
期刊:Journal of The European Ceramic Society [Elsevier]
卷期号:43 (6): 2452-2459 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.jeurceramsoc.2023.01.005
摘要

The development of capacitors with high reliability and good comprehensive performances is of great significance for practical applications. In this work, lead-free relaxor ferroelectric (FE) ceramics of (1-x)(0.5(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.5SrTiO3)-xBi(Mg2/3Nb1/3)O3 ((1-x)(BNT-ST)-xBMN) were prepared by a conventional solid-state reaction method. The introduction of BMN was found to enhance local structure disorder, leading to the significantly reduced size of FE nanodomains, which is responsible for the slim polarization-electric field hysteresis loops. A giant energy-storage density of 6.62 J/cm3 and a high efficiency of 82 % can be achieved simultaneously under a moderate electric field of 34 kV/mm at x = 0.08. It also exhibits high discharge density ∼ 2.74 J/cm3, large power density ∼ 248 MW/cm3 and ultrafast discharge rate ∼ 28 ns at 20 kV/mm in addition to excellent temperature (10–130 °C) and frequency (1–100 Hz) stabilities. These results demonstrate that the (1-x)(BNT-ST)-xBMN ceramic system is a promising lead-free candidate for advanced pulsed power capacitor applications.

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