Enhanced Energy Storage Performance in Yb-Doped AgNbO3 Antiferroelectric Ceramics

反铁电性 兴奋剂 材料科学 陶瓷 储能 透明陶瓷 光电子学 工程物理 物理 冶金 热力学 铁电性 电介质 功率(物理)
作者
Zhihong Lin,Weiyan He,Yaowen Liu,Chuanjin Luo,A. H. You,Wenna Chao,Jianwen Chen,Jun Li,Min Chen,Xiucai Wang
出处
期刊: [American Chemical Society]
卷期号:3 (9): 3127-3135 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsaenm.5c00566
摘要

AgNbO 3 lead-free ceramics have garnered significant attention in energy storage applications owing to their exceptional power density and environmental compatibility; however, they are limited by their low breakdown strength and large hysteresis. In this study, Ag (1–3 x ) Yb x NbO 3 powders are synthesized via a hydrothermal method, followed by conventional sintering in an ambient atmosphere. Raman spectroscopy analysis reveals that progressive Yb 3+ doping induces attenuation and broadening of the V 5 phonon mode, effectively suppressing the Nb 5+ cation displacement, and this structural modification significantly enhanced the antiferroelectric phase. At x = 0.02, the optimal energy storage performance is achieved with an energy density of 4.05 J/cm 3 and energy efficiency of 61%, which represents a 50% enhancement over the conventional solid-state synthesized counterparts. Remarkably, the ceramics display excellent temperature and frequency stability. The variation in W rec and η is less than 5 and 14% between room temperature and 110 °C, and less than 8 and 9% over the 10–100 Hz frequency range. Furthermore, the material exhibits a superior power density (41 MW/cm 3 ) and ultrafast discharge characteristics ( t 0.9 = 1.06 μs). These results provide insights into the design of AgNbO 3 antiferroelectric ceramics.
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