Rare Metals 西安交通大学李飞：具有高储能密度的 BaTiO3基陶瓷

日前，西安交通大学电信学部电子科学与工程学院的李飞教授课题组与西南大学材料与能源学院刘岗教授课题组在Rare Metals上发表了题为“BaTiO₃-based ceramics with high energy storage density”的研究文章，通过对钛酸钡基陶瓷进行组分调控和改变成型方式等获得了储能性能明显改善的BT-SBT-CT陶瓷。

作者先将Sr_0.7Bi_0.2TiO₃添加到BaTiO3中破坏其长程铁电畴，再把Ca²⁺引入到BT-SBT中，通过抑制A位缺陷移动降低介电损耗、通过细化晶粒来提高击穿场强。此外，通过粘性聚合物加工工艺对陶瓷生坯进行反复辊压提高陶瓷的密度和晶粒均匀性，从而进一步提高击穿电场。由此获得的BT-SBT-CT陶瓷在480 kV·cm^-1的电场下表现出4.0 J·cm^-3的高可恢复储能密度。其储能密度在30~150 °C温度范围内的变化小于8%。

图1 实验策略图

图2 BT-SBT-xCT陶瓷在室温下的铁电性能：a x = 0.005；b x = 0.01；c x = 0.015; d x = 0.02；e 最大极化(P_max)、剩余极化(P_r)、f 矫顽场(E_c)、g 可恢复储能密度(W_rec) 和 h 储能效率(η) 随电场(E)的变化

图3 a 通过VPP工艺制备的BT-SBT-CT陶瓷的电滞回线；b P_max、P_r 和E_c 随电场的变化；c BT-SBT-CT陶瓷在不同电场下的W、W_rec和η；d BT-SBT-CT陶瓷的SEM图像和晶粒分布；e BT-SBT-CT陶瓷的DBS稳定性；f 最近报道的BT基陶瓷的储能密度比较

图4 a 通过VPP工艺制备的BT-SBT-CT陶瓷在400 kV∙cm^-1、10 Hz 和 30-150 ℃下的铁电性能；b 在不同温度下BT-SBT-CT陶瓷储能性能的变化；c BT-SBT-CT陶瓷在400 kV∙cm-1、25 °C和1-200 Hz下的铁电性能；d BT-SBT-CT陶瓷的特征参数和储能性能随频率的变化