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High energy-storage density and efficiency in PbZrO3-based antiferroelectric multilayer ceramic capacitors

材料科学 储能 反铁电性 电容器 陶瓷电容器 功率密度 陶瓷 消散 能量密度 磁滞 极化(电化学) 光电子学 复合材料 工程物理 铁电性 电气工程 电介质 电压 凝聚态物理 工程类 热力学 物理 量子力学 物理化学 功率(物理) 化学
作者
Xiangjun Meng,Ye Zhao,Jianye Zhu,Lipeng Zhu,Yong Li,Xihong Hao
出处
期刊:Journal of The European Ceramic Society [Elsevier BV]
卷期号:42 (14): 6493-6503 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.jeurceramsoc.2022.06.077
摘要

The utilization of antiferroelectric (AFE) materials is commonly believed as an effective strategy to improve the energy-storage density of multilayer ceramic capacitors (MLCCs). Unfortunately, the inferior energy conversion efficiency (η) leads to high energy dissipation, which severely restricts the broader applications of MLCCs due to the increased probability of materials and/or devices failure. Herein, AFEs featuring large polarization response and small hysteresis loss are proposed to make up for deficiencies. Guided by this proposal, (Pb0.94La0.04)(Zr0.69Sn0.30Ti0.01)O3 AFE MLCC (abbreviated as M2) are manufactured. An ultrahigh Wrec of 16.1 J/cm3 and an excellent η of 90.9% are achieved simultaneously. Additionally, a great discharge energy density (Wdis) of 8.8 J/cm3 and a large power density (PD) of 165.6 MW/cm3 are obtained synchronously. Noticeably, M2 exhibits excellent frequency-insensitive, temperature-bearable, and fatigue cycle-endurable energy-storage performances and/or charge-discharge properties. These results indicate that M2 has a promising prospect in advanced power electronic and/or pulsed power systems.
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