钛酸锶钡基储能陶瓷材料及其制备方法与流程

本公开实施例涉及陶瓷材料，具体而言，涉及一种钛酸锶钡基储能陶瓷材料及其制备方法。

背景技术：

1、传统化石能源已经无法满足发展的需要，而且伴随着过度开发产生的一系列环境问题已经严重威胁到了地球的生态系统。介电陶瓷电容器拥有功率密度大，充放电速率快及可靠性高等优点，成为新型储能材料的研究热点之一。一般而言，可将放电储能密度(wrec)、总储能密度(w)和储能效率(η)作为衡量介电陶瓷储能性能的重要参数。batio3基陶瓷是一种广泛研究的钙钛矿结构的储能陶瓷体系。其中，(ba0.8sr0.2)tio3(bst)是一种典型batio3基无铅铁电体材料，具有较大的最大极化强度值pmax，但是该材料的储能效率过低，击穿电场强度bds也较低，因此导致其储能性能较差，在实际应用中具有一定的局限性，应用范围较小。

2、相关技术中，通过引入2％的sr2+在一定程度上提高储能效率和击穿电场强度得到(ba0.8sr0.2)tio3陶瓷。但对于钛酸锶钡基陶瓷的储能效率的提升有限，另外较低的击穿电场强度也限制了其储能性能的进一步提升。此外，当sr2+掺杂量过大时，会导致储能性能恶化。

技术实现思路

1、本公开的目的在于提供一种钛酸锶钡基储能陶瓷材料及其钛酸锶钡基储能陶瓷材料的制备方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的储能性能较差的问题。

2、根据本公开的一个方面，提供一种钛酸锶钡基储能陶瓷材料，所述钛酸锶钡基储能陶瓷材料包括(ba0.8sr0.2)tio3以及bi(mg2/3ta1/3)o3，且所述钛酸锶钡基储能陶瓷材料为按照摩尔百分数引入bi(mg2/3ta1/3)o3对(ba0.8sr0.2)tio3中的多个元素进行替换改性得到的材料；其中，所述摩尔百分数用于表示bi(mg2/3ta1/3)o3的含量。

3、在本公开的一种示例性实施例中，所述钛酸锶钡基储能陶瓷材料的化学结构式为(1-x)(ba0.8sr0.2)tio3-xbi(mg2/3ta1/3)o3，其中，x用于表示bi(mg2/3ta1/3)o3的摩尔百分数，且0≤x≤0.20。

4、在本公开的一种示例性实施例中，bi(mg2/3ta1/3)o3的摩尔百分数为0.15。

5、根据本公开的一个方面，提供一种钛酸锶钡基储能陶瓷材料的制备方法，用于制备如上述任意一项所述的钛酸锶钡基储能陶瓷材料，包括：

6、按照化学结构式(1-x)(ba0.8sr0.2)tio3-xbi(mg2/3ta1/3)o3的化学计量比，对多种氧化物进行混合得到混合物，对混合物进行第一次球磨后烘干、压块，并在对压块进行预烧后得到块状固体，将块状固体粉碎后过筛，得到预烧粉体；

7、将所述预烧粉体进行第二次球磨后烘干，过筛后得到原料粉体；

8、将所述原料粉体进行冷等静压，压片后烧结成瓷，获得所述钛酸锶钡基储能陶瓷材料。

9、在本公开的一种示例性实施例中，所述第一次球磨和所述第二次球磨使用的介质为无水乙醇，第一次球磨和第二次球磨的时间为22-30小时。

10、在本公开的一种示例性实施例中，预烧温度为900-950℃，预烧时间为3-5小时。

11、在本公开的一种示例性实施例中，块状固体粉碎后过筛的目数根据需要的粒度大小来确定。

12、在本公开的一种示例性实施例中，烘干温度为100℃。

13、在本公开的一种示例性实施例中，冷等静压的压强为190-210mpa，保压时间为3-5分钟。

14、在本公开的一种示例性实施例中，烧结温度为1200-1300℃，烧结时间为3-5小时。

15、本公开实施例中提供的技术方案中，以bst陶瓷(ba0.8sr0.2)tio3为基体，通过按照摩尔百分数在基体材料中引入bi(mg2/3ta1/3)o3，替换了基体材料中的一位或多位上的元素，实现对基体材料进行改性来生成钛酸锶钡基储能陶瓷材料，破坏了bst陶瓷的长程铁电秩序，造成晶格畸变，导致弛豫铁电性的增强，从而进一步提高了最大极化强度值与剩余极化强度值之间的差值，提高了击穿电场强度，能够提高钛酸锶钡基储能陶瓷材料的储能特性，提高材料性能。

16、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

技术特征：

1.一种钛酸锶钡基储能陶瓷材料，其特征在于，所述钛酸锶钡基储能陶瓷材料包括(ba0.8sr0.2)tio3以及bi(mg2/3ta1/3)o3，且所述钛酸锶钡基储能陶瓷材料为按照摩尔百分数引入bi(mg2/3ta1/3)o3对(ba0.8sr0.2)tio3中的多个元素进行替换改性得到的材料；其中，所述摩尔百分数用于表示bi(mg2/3ta1/3)o3的含量。

2.根据权利要求1所述的钛酸锶钡基储能陶瓷材料，其特征在于，所述钛酸锶钡基储能陶瓷材料的化学结构式为(1-x)(ba0.8sr0.2)tio3-xbi(mg2/3ta1/3)o3，其中，x用于表示bi(mg2/3ta1/3)o3的摩尔百分数，且0≤x≤0.20。

3.根据权利要求1或2所述的钛酸锶钡基储能陶瓷材料，其特征在于，bi(mg2/3ta1/3)o3的摩尔百分数为0.15。

4.一种钛酸锶钡基储能陶瓷材料的制备方法，用于制备如权利要求1-3任意一项所述的钛酸锶钡基储能陶瓷材料，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的钛酸锶钡基储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述第一次球磨和所述第二次球磨使用的介质为无水乙醇，第一次球磨和第二次球磨的时间为22-30小时。

6.根据权利要求4所述的钛酸锶钡基储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于，预烧温度为900-950℃，预烧时间为3-5小时。

7.根据权利要求4所述的钛酸锶钡基储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于，块状固体粉碎后过筛的目数根据需要的粒度大小来确定。

8.根据权利要求4所述的钛酸锶钡基储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于，烘干温度为100℃。

9.根据权利要求4所述的钛酸锶钡基储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于，冷等静压的压强为190-210mpa，保压时间为3-5分钟。

10.根据权利要求4所述的钛酸锶钡基储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于，烧结温度为1200-1300℃，烧结时间为3-5小时。

技术总结
本公开实施例是关于一种钛酸锶钡基储能陶瓷材料，所述钛酸锶钡基储能陶瓷材料包括(Ba<subgt;0.8</subgt;Sr<subgt;0.2</subgt;)TiO<subgt;3</subgt;以及Bi(Mg<subgt;2/3</subgt;Ta<subgt;1/3</subgt;)O<subgt;3</subgt;，且所述钛酸锶钡基储能陶瓷材料为按照摩尔百分数引入Bi(Mg<subgt;2/3</subgt;Ta<subgt;1/3</subgt;)O<subgt;3</subgt;对(Ba<subgt;0.8</subgt;Sr<subgt;0.2</subgt;)TiO<subgt;3</subgt;中的多个元素进行替换改性得到的材料；其中，所述摩尔百分数用于表示Bi(Mg<subgt;2/3</subgt;Ta<subgt;1/3</subgt;)O<subgt;3</subgt;的含量。本公开能够提高钛酸锶钡基储能陶瓷材料的储能性能。

技术研发人员：张苗,张锦涛,曹东,李昭
受保护的技术使用者：西安稀有金属材料研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24