采用A/B位点共掺杂策略,实现了两相比例平衡,从而优化了Bi0.5Na0.5TiO3材料的能量存储性能

【字体: 时间:2025年08月12日 来源:Journal of the American Ceramic Society 3.8

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  无铅钙钛矿陶瓷通过A位Ca2+和B位Hf?+共掺杂策略优化储能性能,实现3.45 J/cm3可恢复能量密度(提升30%)和83%能量效率,微观结构分析表明TiO6八面体结构稳定化及纳米域形成是关键机制,同时P4bm和R3c相平衡增强了极化动力学特性。

  

摘要

无铅钙钛矿陶瓷因其优异的介电性能和环境相容性而成为能源存储应用的有希望的候选材料。其中,基于Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)的陶瓷因其较大的自发极化强度(PS)和较高的居里温度(TC)而备受关注。然而,BNT的实际应用受到高介电损耗和低击穿电场强度等挑战的阻碍,这些因素限制了其能源存储能力。为了解决这些问题,本研究提出了采用第二种成分的固溶体策略以及双位点掺杂方法:在A位点用Ca2+替代,在B位点用Hf4+替代,从而制备出了0.65(Bi0.5Na0.5)1-xCaxHfyTi1-yO3-0.35Sr0.7Bi0.2TiO3(BNCxHyT-SBT,其中x, y = 0, 0.03, 0.05, 0.07, 0.09)陶瓷。在最佳成分(x, y = 0.07)下,BNC0.07H0.07T-SBT陶瓷在250 kV/cm的电场作用下表现出3.45 J/cm32+/Hf4+共掺杂稳定了TiO6八面体结构,细化了晶粒尺寸,并促进了纳米畴的形成。此外,BNC0.07H0.07T-SBT陶瓷实现了P4bm和R3c相的平衡共存,显著增强了极化动力学和弛豫行为,从而最大化了能源存储性能。本研究为相工程提供了重要见解,并为开发高性能能源存储陶瓷提供了一种可行的策略。

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