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High energy-storage performance in multiple roles modified NaNbO3-Ba(Fe0.5Nb0.5)O3 lead-free relaxors

反铁电性 铁电性 陶瓷 电介质 极化(电化学) 电容器 储能 相变 材料科学 化学 纳米技术 凝聚态物理 光电子学 复合材料 电压 热力学 物理 电气工程 工程类 物理化学 功率(物理)
作者
Guanfu Liu,Liang Chen,Huifen Yu,Zhifei Zhang,Jie Wu,Chang Zhou,He Qi,Jun Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:474: 145705-145705 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.145705
摘要

NaNbO3-based lead-free energy-storage ceramics have been extensively investigated owing to their large bandgap and antiferroelectric characteristics, which are important candidates for next-generation pulse power capacitors. However, the low energy-storage efficiency caused by antiferroelectric-ferroelectric phase transition strongly restricts their development. To overcome this phase transition characteristic, here, Ba(Fe0.5Nb0.5)O3 is considered to be introduced into NaNbO3 ceramic as a ferroelectric stabilizer, relaxation agent, and sintering aid with multiple roles, leading to the synergistic effect of substantially weakened antiferroelectricity, established ergodic relaxor, destroyed long-range ordered polarization, decreased grain size and delayed polarization saturation. As a result, a high Wrec of ∼3.55 J/cm3 and a large η of ∼84.1% accompanied by an ultrafast discharge rate of ∼30 ns are simultaneously realized in 0.82NaNbO3-0.18Ba(Fe0.5Nb0.5)O3 relaxor ferroelectric ceramic. This work demonstrates that multi-role regulation is an effective strategy for designing new lead-free dielectric ceramics with excellent energy-storage performance.
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