Simultaneously enhanced energy storage density and efficiency in novel BiFeO3-based lead-free ceramic capacitors

材料科学 电容器 陶瓷 储能 铅(地质) 陶瓷电容器 能量密度 复合材料 工程物理 电气工程 电压 工程类 地质学 物理 功率(物理) 地貌学 量子力学
作者
Qianjie Li,Shuaishuai Ji,Dongdong Wang,Jiangyuan Zhu,Leiyu Li,Wei Wang,Min Zeng,Zhipeng Hou,Xingsen Gao,Xubing Lu,Qiliang Li,Junming Liu
出处
期刊:Journal of The European Ceramic Society [Elsevier]
卷期号:41 (1): 387-393 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.jeurceramsoc.2020.08.032
摘要

Abstract In this work, a series of novel lead-free (1-x)Bi0.83Sm0.17Fe0.95Sc0.05O3-x(0.85BaTiO3-0.15Bi(Mg0.5Zr0.5)O3) [(1-x)BSFS-x(BT-BMZ), x = 0.45−0.85] relaxor ceramics were prepared by solid phase sintering, and their dielectric properties and energy storage performances were explored. It was revealed that all the samples have a dense structure with pure pseudo-cubic phase. With the increase of x, the ferroelectric hysteresis loop is gradually slimmed accompanied by a decreasing polarization, indicating an enhanced relaxor behavior. Moreover, the electric breakdown strength increases linearly with x due to the fine grain size and enhanced relative density. Interestingly, a large recoverable energy density (∼3.2 J/cm3) with an outstanding efficiency (∼92 %) is achieved under an electric field ∼206 kV/cm for the optimized component x = 0.75, which is superior to other reported lead-free ceramic systems. Moreover, the optimized ceramics of 0.25BSFS-0.75(BT-BMZ) show good thermal stability (25−100 °C) and excellent fatigue endurance (cycle number: > 105) in energy storage performances. This work opens up a new route to tailor lead-free dielectric ceramics with high energy storage properties.
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