Realizing ultrahigh energy-storage density in Ca0.5Sr0.5TiO3-based linear ceramics over broad temperature range

材料科学 储能 陶瓷 大气温度范围 航程(航空) 能量密度 能量(信号处理) 工程物理 光电子学 复合材料 热力学 冶金 工程类 物理 量子力学 功率(物理)
作者
Xuqing Zhang,Yongping Pu,Yating Ning,Bo Wang,Lei Zhang,Xian Zhang,Yangchao Shang,Zhemin Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:471: 144619-144619 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.144619
摘要

In the realm of energy storage, there is an exigent need for dielectric materials that exhibit high energy storage density (Wrec) and efficiency (η) over wide temperature ranges. Linear dielectrics exhibit superior breakdown strength (Eb) compared to ferroelectrics, yet their utility is restricted by low polarization. Here, an ultrahigh Wrec up to 7.92 J/cm3 and η ≈ 94.3% are realized in (Ca0.5Sr0.5)1-1.5xSmxTiO3 ceramic with ultrafast discharge time (t0.9 = 20 ns) which is one of the best energy storage performances recorded linear ceramics. By employing the charge balance method, the production of oxygen vacancies (VO··) can be prevented, leading to improved insulation. The creation of A-site vacancies serves to enhance the breakdown field strength. Furthermore, the incorporation of Sm3+ effectively limits the thermal activation of oxygen vacancies at elevated temperatures, ultimately resulting in an increase in bulk resistivity. The results also unveil the outstanding stability across a wide range of temperatures (20 °C–140 °C) and frequencies (1 Hz–500 Hz). Consequently, this study provides significant insights into enhancing Eb and attaining high-energy storage capacitors.
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