Engineering Phase Separation in Niobate Glass through Ab Initio Molecular Dynamics for Enhanced Energy Storage Performance and Unprecedented Thermal Stability in Niobate-Based Glass Ceramics

材料科学 电介质 陶瓷 热稳定性 结晶 相(物质) 兴奋剂 电场 从头算 储能 粒度 化学物理 复合材料 热力学 光电子学 化学工程 冶金 功率(物理) 化学 物理 有机化学 量子力学 工程类
作者
Chao Chen,Tong Wang,Shuren Zhang,Bo Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (11): 13961-13971 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsami.3c18103
摘要

The advancement of lead-free glass ceramics (GCs) possessing appropriate energy storage characteristics is crucial for the renewable energy and electronics industry. In this study, we synthesized lead-free GCs predominantly composed of the tungsten bronze phase, Ba3.3Nb10O28.3. Ab initio molecular dynamics initially reveal nonuniform distribution within the Ba/Nb–O regions in niobite glassy melts, offering valuable insights for the subsequent crystallization process. The proposal of a B-site engineering strategy is suggested, which entails the concurrent reduction of grain size and augmentation of the band gap in tungsten bronze GCs doped with Ta. This approach results in a substantial enhancement of the dielectric breakdown strength (BDS). Phase-field simulations have indicated that the refinement of grain sizes plays a pivotal role in augmenting the local electric field distribution and breakdown path, thereby contributing to the enhancement of BDS. As a consequence of these modifications, a notably high recoverable energy density (Wrec) of 5.23 J/cm3 can be achieved, accompanied by an ultrahigh efficiency (η) of 94%, and superior thermal stability in energy storage. These outcomes are particularly evident in the case of 2 mol % Ta2O5-doped P2O5–K2O–BaO–Bi2O3–TeO2–Nb2O5 (PKBBTN-T) GCs, where the Wrec and η can be determined to be 2.87 ± 3% J/cm3 and 95.46 ± 4%, respectively, over a temperature range spanning from 20 to 150 °C. Additionally, this specimen exhibits an exceptionally high discharge energy density (Wdis) of 4.01 J/cm3. This comprehensive investigation, comprising experimental and theoretical analyses, establishes an effective pathway and paradigm for the development of dielectric materials with ultrahigh energy storage properties.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
派大珊完成签到,获得积分10
2秒前
imp完成签到 ,获得积分10
2秒前
万能图书馆应助风荏采纳,获得30
2秒前
假面绅士发布了新的文献求助10
2秒前
3秒前
3秒前
3秒前
4秒前
上杉绘梨衣完成签到,获得积分10
4秒前
在水一方应助Polaris采纳,获得10
5秒前
JamesPei应助Noah采纳,获得10
6秒前
子车茗应助冰墩墩采纳,获得30
6秒前
小蘑菇应助张大猛采纳,获得10
7秒前
7秒前
拾壹发布了新的文献求助10
8秒前
Micahaeler发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
尊敬湘完成签到,获得积分10
9秒前
10秒前
假面绅士发布了新的文献求助10
10秒前
11秒前
董绮敏完成签到 ,获得积分10
11秒前
12秒前
12秒前
balala完成签到 ,获得积分10
12秒前
小嘴巴关注了科研通微信公众号
12秒前
XXXX完成签到,获得积分10
13秒前
Thanks完成签到,获得积分10
13秒前
情怀应助mmx采纳,获得10
14秒前
富贵龙完成签到,获得积分10
14秒前
Nemo1234发布了新的文献求助10
14秒前
15秒前
Tian完成签到,获得积分10
16秒前
16秒前
假面绅士发布了新的文献求助10
17秒前
大明完成签到,获得积分10
17秒前
17秒前
吃不饱发布了新的文献求助10
18秒前
xiaolin678完成签到,获得积分10
19秒前
刘荣圣发布了新的文献求助10
19秒前
高分求助中
The ACS Guide to Scholarly Communication 2500
Sustainability in Tides Chemistry 2000
Studien zur Ideengeschichte der Gesetzgebung 1000
TM 5-855-1(Fundamentals of protective design for conventional weapons) 1000
Threaded Harmony: A Sustainable Approach to Fashion 810
Pharmacogenomics: Applications to Patient Care, Third Edition 800
Genera Insectorum: Mantodea, Fam. Mantidæ, Subfam. Hymenopodinæ (Classic Reprint) 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3082743
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2736027
关于积分的说明 7539806
捐赠科研通 2385554
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1264970
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 612857
版权声明 597685