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Erschienen in: Rare Metals 5/2023

26.02.2023 | ORIGINAL ARTICLE

Annealing atmosphere-dependent capacitive energy storage

verfasst von: Bing-Bing Yang, Hai-Yun Tong, Shun Lan, Yi-Qian Liu, Lv-Ye Dou, Hao Pan, Yuan-Hua Lin

Erschienen in: Rare Metals | Ausgabe 5/2023

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Abstract

Electrostatic capacitors based on dielectrics with high energy density and efficiency are desired for modern electrical systems owing to their intrinsic fast charging-discharging speed and excellent reliability. The longstanding bottleneck is their relatively small energy density. Herein, we report enhanced energy density and efficiency in the Aurivillius Pb2Bi4Ti5O18 films by controlling the post-annealing atmosphere. The results demonstrate that the fabrication atmosphere has significant effects on the film texture and defects. As the increase of the oxygen pressure of annealing atmosphere, the Pb2Bi4Ti5O18 films show a preferred growth orientation of (00l) and fewer defects, which leads to a higher polarization and breakdown field for the film annealed in air atmosphere and thus help to achieve an ultrahigh energy density of 59.4 J·cm−3 and an improved efficiency of 81.2%. Moreover, the film also exhibits excellent cycling reliability and good thermal stability. The Pb2Bi4Ti5O18 films show a significant potential application for dielectric capacitors.

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Literatur
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Zurück zum Zitat Yang BB, Guo MY, Tang XW, Wei RH, Hu L, Yang J, Song WH, Dai JM, Lou XJ, Zhu XB, Sun YP. Lead-free A2Bi4Ti5O18 thin film capacitors (A = Ba and Sr) with large energy storage density, high efficiency, and excellent thermal stability. J Mater Chem C. 2019;7(7):1888. https://doi.org/10.1039/c8tc05558k.CrossRef Yang BB, Guo MY, Tang XW, Wei RH, Hu L, Yang J, Song WH, Dai JM, Lou XJ, Zhu XB, Sun YP. Lead-free A2Bi4Ti5O18 thin film capacitors (A = Ba and Sr) with large energy storage density, high efficiency, and excellent thermal stability. J Mater Chem C. 2019;7(7):1888. https://​doi.​org/​10.​1039/​c8tc05558k.CrossRef
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Zurück zum Zitat Faraz A, Deepak N, Schmidt M, Pemble ME, Keeney LA. study of the temperature dependence of the local ferroelectric properties of c-axis oriented Bi6Ti3Fe2O18 Aurivillius phase thin films: illustrating the potential of a novel lead-free perovskite material for high density memory applications. AIP Adv. 2015;5(8):087123. https://doi.org/10.1063/1.4928495.CrossRef Faraz A, Deepak N, Schmidt M, Pemble ME, Keeney LA. study of the temperature dependence of the local ferroelectric properties of c-axis oriented Bi6Ti3Fe2O18 Aurivillius phase thin films: illustrating the potential of a novel lead-free perovskite material for high density memory applications. AIP Adv. 2015;5(8):087123. https://​doi.​org/​10.​1063/​1.​4928495.CrossRef
Metadaten
Titel
Annealing atmosphere-dependent capacitive energy storage
verfasst von
Bing-Bing Yang
Hai-Yun Tong
Shun Lan
Yi-Qian Liu
Lv-Ye Dou
Hao Pan
Yuan-Hua Lin
Publikationsdatum
26.02.2023
Verlag
Nonferrous Metals Society of China
Erschienen in
Rare Metals / Ausgabe 5/2023
Print ISSN: 1001-0521
Elektronische ISSN: 1867-7185
DOI
https://doi.org/10.1007/s12598-022-02225-5

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