A strategy to achieve high energy storage performance under a relatively low electric field in NBT-based ceramics

电场 材料科学 陶瓷 电介质 电容器 离子 储能 兴奋剂 工程物理 电压 电气工程 光电子学 复合材料 化学 热力学 物理 量子力学 工程类 功率(物理) 有机化学
作者
Chen Wu,Xiaoming Qiu,Luyao Chen,Changyi Liu,Hongwei Zhao,Wenwei Ge,Zhaodong Liu,Mingguang Yao
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:910: 164851-164851 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2022.164851
摘要

Concerning the practical applications, dielectric capacitors with simultaneously high recoverable energy density (Wrec) and large energy storage efficiency (η) under a low electric field is imperative and challenging. Herein, a strategy of complex ions substitution is proposed to achieve the goal. The (1-x)(0.75Na0.5Bi0.5TiO3-0.25SrTiO3)-xLa(Mg2/3Ta1/3)O3 (NBST-xLMT) ceramics were fabricated through a solid-state reaction method. A significantly enhanced breakdown electric field (Eb) of 246.03 kV/cm is obtained in NBST-0.06LMT ceramics due to the refined average grain size (AGS), the enhanced band gap width and the inhibited oxygen vacancies by LMT doping. Furthermore, a high Wrec of 3.18 J/cm3and large η of 86% are concurrently achieved in NBST-0.06LMT ceramics under a relatively low electric field of 246 kV/cm. Meanwhile, the variations of (Wrec, η) under 170 kV/cm are less than 10% from 30 ℃ to 200 ℃, indicating an excellent thermal stability. Besides, the ceramics show a fast discharge rate of 155 ns by a charge-discharge measuring. In general, our results demonstrate the strategy of complex ions substitution is an effective way to achieve high energy storage performance under a relatively low electric field in NBT-based ceramics.
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