中國粉體網訊 介電儲能陶瓷電容器具有功率密度高、充放電速度快和循環壽命長的優點，在核物理與技術、新能源發電系統、醫用手術激光、混合動力汽車、石油天然氣勘探和定向能武器等領域得到廣泛應用，成為脈沖功率設備中最關鍵的元件之一。然而，目前介電儲能電容器的儲能密度相對較低，不能滿足脈沖功率器件集成化、輕量化和小型化的需求。因此提升介質電容器的能量密度被廣泛研究，但多為摻雜、固溶、多相等方法。
一般來說，介電儲能性能可以通過化學改性來提高，介電陶瓷的晶粒尺寸和致密化程度對擊穿強度和機械性能的大小起著決定性的作用，這兩個參數主要由制造方法和處理來控制。
近日，西南科技大學環境友好能源材料國家重點實驗室魏賢華教授課題組成功通過冷燒結輔助兩步燒結的方式成功制備出了Sr0.7Bi0.2TiO3亞微米儲能陶瓷。陶瓷具有較小的晶粒尺寸、高的擊穿電場與高的儲能密度（0.5μm、550kV/cm、4.17J/cm3）。此外，還具有61.7ns的超快放電速度，良好的機械性能。相比于常規固相燒結（SP），冷燒結（CSP）輔助很大程度抑制了陶瓷晶粒的長大，從而獲得了一個亞微米晶粒尺度的介電陶瓷，通過利用晶粒細化和致密化的協同效應，實現了優異的綜合儲能性能陶瓷制備的新方案。
該團隊利用溶液燃燒合成法合成的納米粉體制備了Sr0.7Bi0.2TiO3（SBT）陶瓷，采用兩步法結合CSP和CS方法系統地研究了SBT陶瓷的顯微結構、介電性能和儲能性能。圖1所示。
圖1.冷燒結輔助（CSP）與常規固相燒結（CS）的對比
通過CSP的額外參與，SBT陶瓷的晶粒尺寸從0.99微米大大抑制到0.50微米。
通過CSP和隨后在1170℃的高溫燒結很好地實現了減小晶粒尺寸和增加相對密度的平衡，如圖2所示。
圖2 CSP2陶瓷達到小晶粒尺寸與高致密度的平衡
CSP陶瓷的儲能性能
相關成果以“Submicron Sr0.7Bi0.2TiO3 dielectric ceramics for energy storage via a two-step method aided by cold sintering process”為題發表在國際材料領域著名期刊《Materials & Design》（DOI:10.1016/j.matdes.2022.111447）上。該論文第一作者為碩士研究生楊仕林，通訊作者為魏賢華教授，西南科技大學環境友好能源材料國家重點實驗室為論文第一作者單位和通訊作者單位。
來源：電介質Dielectrics
（中國粉體網編輯整理/空青）
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