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Erschienen in: Rare Metals 4/2023

17.01.2023 | Original Article

BaTiO3-based ceramics with high energy storage density

verfasst von: Yang Li, Ming-Yang Tang, Zhong-Gang Zhang, Qi Li, Jing-Lei Li, Zhuo Xu, Gang Liu, Fei Li

Erschienen in: Rare Metals | Ausgabe 4/2023

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Abstract

BaTiO3 ceramics are difficult to withstand high electric fields, so the energy storage density is relatively low, inhabiting their applications for miniaturized and lightweight power electronic devices. To address this issue, we added Sr0.7Bi0.2TiO3 (SBT) into BaTiO3 (BT) to destroy the long-range ferroelectric domains. Ca2+ was introduced into BT-SBT in the form of CaTiO3 (CT), which has the effect of inhibiting the movement of A-site defects to reduce dielectric loss and refining the grains to increase the breakdown field strength. In addition, we have increased the density and grain uniformity of ceramics by repeated rolling of the green samples through the viscous polymer processing (VPP), to further increase the breakdown electric field. The BT-SBT-CT ceramics exhibit the high recoverable energy storage density of 4.0 J·cm−3 under electric field of 480 kV·cm−1. Its recoverable energy storage density varies by less than 8% in the temperature range of 30–150 °C, indicating good temperature stability of the energy storage performance. In this work, the energy storage performance of barium titanate-based ceramics was greatly improved by transforming ferroelectrics into relaxor ferroelectrics and VPP method, which can bring new inspiration for the research of energy storage ceramics.

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Zurück zum Zitat Liu G, Li Y, Guo B, Tang MY, Dong J, Yu LJ, Yu K, Yan Y, Wang DW, Zhang LY, Zhang HB, He ZB, Jin L. Ultrahigh dielectric breakdown strength and excellent energy storage performance in lead-free barium titanate-based relaxor ferroelectric ceramics via a combined strategy of composition modification, viscous polymer processing, and liquid-phase sintering. Chem Eng J. 2020;398:125625. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.125625.CrossRef Liu G, Li Y, Guo B, Tang MY, Dong J, Yu LJ, Yu K, Yan Y, Wang DW, Zhang LY, Zhang HB, He ZB, Jin L. Ultrahigh dielectric breakdown strength and excellent energy storage performance in lead-free barium titanate-based relaxor ferroelectric ceramics via a combined strategy of composition modification, viscous polymer processing, and liquid-phase sintering. Chem Eng J. 2020;398:125625. https://​doi.​org/​10.​1016/​j.​cej.​2020.​125625.CrossRef
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Metadaten
Titel
BaTiO3-based ceramics with high energy storage density
verfasst von
Yang Li
Ming-Yang Tang
Zhong-Gang Zhang
Qi Li
Jing-Lei Li
Zhuo Xu
Gang Liu
Fei Li
Publikationsdatum
17.01.2023
Verlag
Nonferrous Metals Society of China
Erschienen in
Rare Metals / Ausgabe 4/2023
Print ISSN: 1001-0521
Elektronische ISSN: 1867-7185
DOI
https://doi.org/10.1007/s12598-022-02175-y

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