稀土钙钛矿Nd(Mg0.5Zr0.5)O3协同优化Bi0.42Na0.5Sm0.08TiO3陶瓷的能量存储密度与效率新策略

《Journal of Renal Nutrition》：Simultaneously enhancing energy storage density and efficiency in Bi 0.42Na 0.5Sm 0.08TiO 3 ceramics via introduction of rare-earth perovskite materials

本综述聚焦于通过引入稀土钙钛矿Nd(Mg0.5Zr0.5)O3（NMZ）至Bi0.42Na0.5Sm0.08TiO3（BNST）基体，协同优化组分、细化晶粒、拓宽带隙并调整畴结构，成功实现了高可恢复能量存储密度（Wrec）与高效率（η）的同步提升（如0.95BNST-0.05NMZ陶瓷的Wrec达8.3 J/cm3，η为83.5%），为设计高性能介电电容器提供了新颖策略。

　　

亮点

通过将Nd(Mg_0.5Zr_0.5)O₃（NMZ）引入Bi_0.42Na_0.5Sm_0.08TiO₃（BNST）基体，利用优化组分、细化晶粒、拓宽带隙和调整畴结构的协同效应来提升综合性能。

在0.95BNST–0.05NMZ陶瓷中，于395 kV/cm的击穿场强（E_b）下，实现了8.3 J/cm³的高可恢复能量存储密度（W_rec）和83.5%的出色效率（η）。

0.92BNST–0.08NMZ陶瓷在420 kV/cm的E_b下，展现出8.1 J/cm³的W_rec和90.0%的η。

0.95BNST–0.05NMZ陶瓷保持了50.8 μC/cm²的超高极化差（ΔP）。

NMZ的引入确保了介电常数在–60至180 °C的温度范围内基本保持稳定，显著拓宽了电容器的工作范围。

同时，在200 kV/cm的电场（E）下，表现出优异的热稳定性（20–180 °C）和频率稳定性（1–260 Hz）。

0.95BNST–0.05NMZ陶瓷还展现出超高的放电能量密度（W_D为6.23 J/cm³）。

这些优势为设计电容器提供了一种新策略。

结论

简而言之，引入NMZ有助于减小晶粒尺寸、细化P-E回线、提高电阻、改善带隙（E_g）值并减小畴尺寸。所有这些都有助于提升W_rec和η。因此，与具有8.3 J/cm³的出色W_rec和83.5%的优秀η的0.95BNST–0.05NMZ陶瓷相比，0.92BNST–0.08NMZ陶瓷在420 kV/cm的E_b下实现了另一项最佳的整体能量存储性能（ESP），其W_rec为8.1 J/cm³，η高达90.0%。