一种用于高储能性能场景的铅基反铁电储能陶瓷及其制备方法

本发明涉及储能陶瓷及其制备，尤其涉及一种用于高储能性能场景的的铅基反铁电储能陶瓷及其制备方法。

背景技术：

1、储能材料作为新能源材料在能源领域扮演着重要的角色。现如今，常见的储能材料有电化学电池、固体燃料电池和电介质电容器，储能陶瓷可以作为电介质电容器的电解质材料，是制备电介质电容器不可或缺的材料。电介质电容器相比于其他两种储能材料，具有较高的功率密度、较宽的使用温度范围和较快的充放电速率。在大功率脉冲、电子器件和混合动力汽车等众多先进脉冲电力电子系统中有广泛地应用，拥有非常广泛地应用前景。

2、在目前的研究中，反铁电储能陶瓷体系主要包括pbzro3、nanbo3和agnbo3体系。虽然nanbo3和agnbo3体系储能密度高，但储能效率较低，复杂的制备工艺和超高的成本使得这些材料难以商业化应用。因此，考虑到当前工业化发展的需求，低成本和宽烧结温度往往被认为是电介质材料的关键。因此，pbzro3(pz)基作为一种典型的反铁电(afe)材料正发挥着越来越大的作用，并在储能性能方面得到了频繁的探索。

3、随着电子元器件向小型化、智能化发展，对电介质储能陶瓷的性能要求逐步提高。储能陶瓷不仅要具有高的储能密度wrec、低的损耗tanδ、高的储能效率η，而且还需要高的放电能量密度。因此，如何进一步改进基于pz基的反铁电储能陶瓷性能，并寻求一种综合性能优异的反铁电储能陶瓷，成为了需要研究的问题。

技术实现思路

1、本发明的实施例提供一种用于高储能性能场景的铅基反铁电储能陶瓷及其制备方法，能够进一步提高基于pz基的反铁电储能陶瓷的综合储能性能，从而扩大这种类型的储能陶瓷在储能应用场景中的应用范围。

2、为达到上述目的，本发明的实例采用如下技术方案：

3、第一方面，提供一种铅基反铁电储能陶瓷的制备方法，包括：

4、s1、按照化学计量比称量原料粉体，然后放入湿式行星球磨机中进行球磨混料处理得到初始陶瓷粉体，所述初始原料粉体包括：pbo、la2o3、srco3、zro2、tio2、sno2、bi2o3和sc2o3粉体，烘干细磨后，压成大块，放入高温炉中进行合成，之后继续细磨，进行二次球磨后得到陶瓷粉体，化学计量比为：xbs-(1-x)plszts)，x为调整参数；

5、s2、先向一部分所述陶瓷粉体中加入粘结剂进行造粒，然后陈化，之后用压机压成生坯，再放入高温炉中对生坯进行排塑，得到陶瓷坯体；

6、s3、将所述陶瓷坯体放入高温炉中，并利用所述陶瓷粉体覆盖所述陶瓷坯体，之后进行烧结得到陶瓷片；

7、s4、对所述陶瓷片进行加工，一部分陶瓷片两面刷上银电极，另一部分陶瓷片打磨至50-80 μm，并利用离子溅射仪喷上金电极，得到所述铅基反铁电陶瓷，其中，加工的过程中包括烧银环节，且在烧银环节中以700~800 ℃保温60分钟以下。

8、第二方面，提供一种铅基反铁电储能陶瓷，该铅基反铁电陶瓷采用上述制备方法制备得到。

9、本发明实施例提供的用于高储能性能场景的的铅基反铁电储能陶瓷及其制备方法，设计并改进了一种故具有高wrec (≥11 j/cm3)、低tanδ (≤0.02)、高eb (≥500kv/cm)、高wd (7.65 j/cm3的xbs-(1-x)plszts)反铁电储能陶瓷材料，进一步提高储能陶瓷材料的竞争力，并设计了其制备方法的材料，从而进一步提高了基于pz的反铁电储能陶瓷的综合性能，从而提高了这种类型的储能陶瓷在储能应用场景中的应用范围。

技术特征：

1.一种用于高储能性能场景的铅基反铁电储能陶瓷的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在s1中，所述放入湿式行星球磨进行处理得到陶瓷粉体，包括：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在s2中加入的粘结剂为聚乙烯醇(pva)，粘结剂的加入量为陶瓷粉体的6～10 wt%；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在s3中，烧结的条件包括：以不高于2℃/min的升温速率升温至1220~1280 ℃，之后保温3小时，再之后结束保温并随炉冷却至室温。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在s4中，加工的过程中包括：将所述陶瓷片加工成所需尺寸，之后依次进行超声清洁环节、丝网印银环节、烘干环节、烧银环节和喷金环节；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，调整参数0＜x≤0.2。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，调整参数x = 0.10。

9.一种用于高储能性能场景的铅基反铁电储能陶瓷，其特征在于，该铅基反铁电陶瓷采用权利要求1-8中任意一项所述的制备方法制备得到。

10.根据权利要求9所述的一种用于高储能性能场景的铅基反铁电储能陶瓷，其特征在于，当x=0.10时，所述铅基反铁电储能陶瓷具有准同型相界的二元固溶体系，得到储能陶瓷的储能密度wrec为11.4 j/cm3，储能效率η为93.4%，介电损耗tanδ为0.4%，击穿场强为515kv/cm。

技术总结
本发明实施例公开了一种用于高储能性能场景的铅基反铁电储能陶瓷及其制备方法，涉及储能陶瓷及其制备技术领域。本发明包括：按照化学计量比称量原料粉体，然后放入湿式行星球磨机中进行球磨混料处理得到初始陶瓷粉体，烘干细磨后，压块合成，之后进行二次球磨后得到陶瓷粉体；先加入粘结剂进行造粒，之后用压机压成生坯，再放入高温炉中对生坯进行排塑，得到陶瓷坯体；烧结后得到陶瓷片；对所述陶瓷片进行加工，一部分陶瓷片两面刷上银电极，另一部分陶瓷片打磨，并利用离子溅射仪喷上金电极，得到所述铅基反铁电陶瓷，提高了这种类型的储能陶瓷在储能应用场景中的应用范围。

技术研发人员：王一平,刘浩,乔培鑫,王加康
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16