High-temperature energy storage performances in (1-x)(Na0.50Bi0.50TiO3)-xBaZrO3 lead-free relaxor ceramics

材料科学 电介质 陶瓷 电容器 铁电性 储能 大气温度范围 介电损耗 极化(电化学) 兴奋剂 复合材料 热力学 光电子学 电压 电气工程 物理化学 工程类 功率(物理) 化学 物理
作者
Yuxi Yu,Yangyang Zhang,Ying Zhang,Hao Li,Qingfeng Zhang,Yinmei Lu,Yunbin He
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:46 (18): 28652-28658 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2020.08.024
摘要

In this study, in order to obtain superior energy storage performances over a wide temperature range in lead-free dielectric ceramics, we develop and prepare (1-x)(Na0.50Bi0.50TiO3)-xBaZrO3 ((1-x)NBT-xBZ) relaxor ferroelectric ceramics by introducing BaZrO3 into Na0.50Bi0.50TiO3. BZ possesses small remnant polarization (Pr) and slim polarization-electric field (P-E) loops attributed to its room-temperature paraelectric phase structure characteristic. Thus, when it is added into NBT, the P-E loops of (1-x)NBT-xBZ ceramics are slimmer, and the Pr decreases. Besides, due to the donor doping effect resulting from the replacement of Ba2+ with higher valence for the Na+, with the increase of the BZ content, the grain sizes of the ceramics gradually decrease, resulting in the enhancement of the breakdown strength (Eb). All above these are in favour of improving energy storage properties, and as a result, by adjusting the BZ content reasonably, a large recoverable energy density (Wre) of 1.56 J/cm3 and high energy efficiency (η) of 80.56% are concurrently achieved in the 0.75NBT-0.25BZ ceramic. More interestingly, the ceramic exhibits excellent high-temperature energy storage capacity, which is superior to those of recently reported dielectric ceramics, and good fatigue properties. All these indicates that 0.75Na0.50Bi0.50TiO3-0.25BaZrO3 lead-free relaxor ferroelectric ceramic is a good candidate for preparing dielectric capacitors applicable in various environmental conditions.
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