一种提高反铁电脉冲功率储能电容器储存能量的方法

本发明属于脉冲电容器，具体涉及一种提高反铁电脉冲功率储能电容器储存能量的方法。

背景技术：

1、脉冲功率技术，是指把小功率的能量经长时间缓慢输入到储能设备中，然后在极短的时间内以极高功率向负载释放的电物理技术，在高新技术、民用等领域得到广泛的应用。脉冲功率电容器因具有能量释放速度快、输出功率大、组合灵活、技术成熟、价格低廉等优势，成为应用最为广泛的储能元件。目前最常见的脉冲功率电容器为聚丙烯(bopp)薄膜等有机膜为介质材料的金属化膜电容器，随着脉冲功率系统小型化、集成化的发展趋势，以陶瓷为介质材料的多层陶瓷电容器因具有小型化、耐高温、贴片形式等优势，近年来得到迅速发展。

2、目前反铁电电容器的研究较少，大部分报道仍停留于新材料开发及(多层陶瓷电容器)mlcc工艺验证阶段，尚未考虑脉冲功率储能电容器电压等级、容量等级、使用可靠性等应用参数。根据介质材料储能密度ed计算公式，提高加载电场是获得高储能密度的最有效方法，制作成mlcc后，随着有效面积s大幅增大，有效容量提升，介质的耐电强度随有效面积增大大幅衰减，为了保证电容器安全工作，介质层的耐电强度要比工作电场高1.2-1.5倍，即eb＞1.2-1.5ew(ub＞1.2-1.5uw)。此外，为了保证一定的有效容量，同时兼顾电容器的可靠使用，反铁电脉冲功率电容器的安全工作电场通常选择在30v/μm以下。

3、为了获得高储能密度，plzt和plzst体系设计时通常选用具有低ti含量、高相变电场的配方，如专利cn109665839b公布的plzt反铁电材料性能，相变电场可以达到40v/μm，因此选用这类高相变电场材料制作反铁电脉冲功率储能电容器时，其工作电压对应的材料工作电场低于材料的相变电场，此时未能充分发挥反铁电材料相变储能的优势。

技术实现思路

1、为此，本发明提供了一种提高反铁电脉冲功率储能电容器储存能量的方法，对反铁电脉冲功率储能电容器进行预处理，以提高其储存能量；其中，预处理的电压v2＞反铁电脉冲功率储能电容器的工作电压v1。优选地，所述反铁电脉冲功率储能电容器的工作电压v1＜预处理的电压v2≤反铁电-铁电相变电压v3。

2、本发明反铁电脉冲功率储能电容器中材料为反铁电材料，其本质上与铁电、压电有区别，最简单的反铁电材料示意图像为自发极化在相邻的晶格是反向排列，因此反铁电材料整体没有极性，工作过程是主要利用可逆的反铁电-铁电相变，而不是畴取向，以往使用过程不需要极化这一过程，这一反铁电材料本质特性的差异。通过本发明的方法，可以在不提升电容器介质层工作电场的前提下，提升反铁电脉冲功率储能电容器储存的可释放静电能量。

3、较佳的，反铁电脉冲功率储能电容器的工作电压v1＜预处理的电压v2≤反铁电脉冲功率储能电容器的反铁电-铁电相变电压v3。对于脉冲功率储能电容器，低于该电压工作时，能量存储和输出能力变差，高于该电压工作时，会导致寿命降低、发生瞬间失效等可靠性降低问题。v2电压的预处理效果与相变电压有关，越接近相变电压通过预处理的提升效果越好，当超过相变电压后，提升效果接近饱和，继续提高v2，提升的幅度不再增加，即v2＝v3和v2＞v3的预处理效果是等效的。

4、较佳的，所述预处理的温度为20～100℃，优选为70～90℃。

5、较佳的，通过提高预处理的温度，从而降低预处理的电压。

6、较佳的，所述预处理的电压为反铁电脉冲功率储能电容器的转折电场对应的电压，即测量电滞回线的电流峰值对应的电压。

7、较佳的，所述反铁电脉冲功率储能电容器包括：plz(s)t基反铁电脉冲功率电容器(plzst基反铁电脉冲功率电容器和plzt基反铁电脉冲功率电容器)。其中，所述plzst基反铁电脉冲功率电容器包括：pb1-1.5xlaxzr1-y-zsnytizo3，0.07＜x＜0.13，0＜y＜0.15，0≤z＜0.10；所述plzt基反铁电脉冲功率电容器包括：pb1-1.5xlaxzr1-ztizo3，0.07＜x＜0.13，0≤z＜0.10。

8、本发明的有益效果：

9、通过本发明提出高压预处理，可以解决高转折电压反铁电电容器在工作电压下不能充分发挥反铁电材料相变储能优势的问题，将电容器的储存能量提高20％～41％。

技术特征：

1.一种提高反铁电脉冲功率储能电容器储存能量的方法，其特征在于，对反铁电脉冲功率储能电容器进行预处理，以提高其储存能量；其中，预处理的电压v2＞反铁电脉冲功率储能电容器的工作电压v1。

2.根据权利要求1所述的高反铁电脉冲功率储能电容器储存能量的方法，其特征在于，所述反铁电脉冲功率储能电容器的工作电压v1＜反铁电脉冲功率储能电容器的反铁电-铁电相变电压v3。

3.根据权利要求2所述的高反铁电脉冲功率储能电容器储存能量的方法，其特征在于，工作电压v1＜预处理的电压v2≤反铁电脉冲功率储能电容器的反铁电-铁电相变电压v3。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的高反铁电脉冲功率储能电容器储存能量的方法，其特征在于，所述预处理的温度为20～100℃，优选为70～90℃。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的高反铁电脉冲功率储能电容器储存能量的方法，其特征在于，通过提高预处理的温度，从而降低预处理的电压。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的高反铁电脉冲功率储能电容器储存能量的方法，其特征在于，所述预处理的电压v2＞v1。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的高反铁电脉冲功率储能电容器储存能量的方法，其特征在于，所述反铁电脉冲功率储能电容器包括：plzst基反铁电脉冲功率电容器、plzt基反铁电脉冲功率电容器。

8.根据权利要求7所述的高反铁电脉冲功率储能电容器储存能量的方法，其特征在于，所述plzst基反铁电脉冲功率电容器包括：pb1-1.5xlaxzr1-y-zsnytizo3，0.07＜x＜0.13，0＜y＜0.15，0≤z＜0.10；

技术总结
本发明涉及一种提高反铁电脉冲功率储能电容器储存能量的方法。所述提高反铁电脉冲功率储能电容器储存能量的方法为：对反铁电脉冲功率储能电容器进行预处理，以提高其储存能量；其中，预处理的电压V<subgt;2</subgt;＞反铁电脉冲功率储能电容器的工作电压V<subgt;1</subgt;。

技术研发人员：闫世光,曹菲,陈学锋,王根水,周斌,丁李辉
受保护的技术使用者：中国科学院上海硅酸盐研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29