Superior Temperature Sensing and Capacitive Energy‐Storage Performance in Pb‐Free Ceramics

材料科学 储能 陶瓷 超级电容器 电容感应 纳米技术 光电子学 工程物理 电容 复合材料 电气工程 功率(物理) 电极 热力学 化学 物理化学 工程类 物理
作者
Xiangfu Zeng,Yangdong Zhang,Jie Shen,Xingan Jiang,Simin Wang,Haoyu Dai,Xiao Wu,Min Gao,Chunlin Zhao,Teng-Fei Lin,Laihui Luo,Jinfeng Lin,Baisheng Sa,Lin Cong
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (5): e2406080-e2406080 被引量:18
标识
DOI:10.1002/smll.202406080
摘要

The ultrafast charge/discharge rate and high power density (PD) endow lead-free dielectric energy storage ceramics (LDESCs) with enormous application potential in electric vehicles. However, their low energy storage density and single energy storage performance (ESP) limit their further development and applicability in rugged environments. Here, through the design of vacancy defects and phase structure regulation, Pb-free (Bi0.5Na0.5)TiO3-based ceramics with an optimal composition can achieve a large maximum polarization (>44 µC cm-2) under a moderate electric field (410 kV cm-1), resulting in an extremely high recoverable energy storage density (≈6.14 J cm-3), nearly ideal energy storage efficiency (91.32%), a very short time (≈67 ns) to release 90% of the energy, and a high PD (243.57 MW cm-3). More importantly, the energy storage capacities of these ceramics remain stable over a wide temperature range (25-220 °C) and for a wide range of fatigue cycles (1-106). Additionally, the real-time temperature sensing performance with high sensitivity (with a relative sensitivity of up to ≈0.04 K-1) in the ceramics is developed based on Yb3+ and Tm3+ codoping, which further supports the potential application of LDESCs to automotive batteries with a temperature monitoring function.
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