钛酸锶钡基高储能密度和功率密度陶瓷及其制备方法   0    0

本发明涉及钛酸锶钡基高储能密度和功率密度陶瓷及其制备方法，属于电能储存材料领域。采用固相合成方法，以顺电体材料Ba0.6Sr0.4TiO3为基础，掺入一定摩尔比的NaNbO3反铁电材料，得到一种新型的复合陶瓷，其化学式是(1‑x)Ba0.6Sr0.4TiO3‑xNaNbO3，其中0.10≤x≤0.25。本发明获得的储能陶瓷材料，其主要性能参数可恢复储能密度Wrec＝6.09J/cm3，储能效率η＝87.4％，在360kV/cm电场下，功率密度PD＝221.7MW/cm3，电流密度可达1231.42A/cm2，能量存储性能较现有产品有大幅提升。此外，工艺流程简单，适合工业化生产，同时符合当前无铅环保的要求。

1.钛酸锶钡基高储能密度和功率密度陶瓷，其特征在于，该陶瓷的化学组成为(1‑x)Ba0.6Sr0.4TiO3‑xNaNbO3，上述化学组成中的x为0.15。

2.钛酸锶钡基高储能密度和功率密度陶瓷的制备方法，其特征在于，使用固相反应法制备得到相应的储能陶瓷，具体采用以下步骤：
选取纯度大于98%的BaCO3粉体、SrCO3粉体、TiO2粉体、Na2CO3粉体和Nb2O5粉体为原料，按照通式(1‑x)Ba0.6Sr0.4TiO3‑xNaNbO3称取原料，x=0.15，并加入与粉体等量的无水乙醇，通过一次球磨工艺混合均匀，使粉体混合均匀形成浆料；
将上述浆料置于90℃下的恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨，得到粉料；
将粉料置于模具中预压成料块，将料块在密闭条件下于1000‑1050℃下预烧，保温时间
3‑4h，得到预合成的陶瓷粉体；
将预合成的陶瓷料块在研钵中碾碎研磨后得到陶瓷粉体，向得到的粉体中加入等量的无水乙醇，进行二次球磨；
将得到的浆料在90℃下烘干，经造粒、过筛、模压成型得到陶瓷生胚；
将陶瓷坯体在600‑650℃下进行排胶处理3‑4h，将排胶后的陶瓷坯体进行烧结，烧结温度为1350～1400℃，升温速率3‑4℃/min，保温时间2‑3h，冷却到室温后得到钛酸锶钡基高储能密度和功率密度陶瓷。

3.根据权利要求2所述的钛酸锶钡基高储能密度和功率密度陶瓷的制备方法，其特征在于，一次球磨及二次球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，转速为225r/min，每隔半个小时调整一次运转方向，球磨时间为12h。

4.根据权利要求2所述的钛酸锶钡基高储能密度和功率密度陶瓷的制备方法，其特征在于，预烧温度为1050℃，保温时间为4小时。

5.根据权利要求2所述的钛酸锶钡基高储能密度和功率密度陶瓷的制备方法，其特征在于，在造粒时使用浓度为8%的聚乙烯醇作为粘结剂掺入粉料中，掺入的粘结剂的质量是粉料质量的5%，掺入的蒸馏水的质量是粉料质量的2.5%，将粉料在研钵中混合均匀后置于模具中，压制成粉块。

6.根据权利要求2所述的钛酸锶钡基高储能密度和功率密度陶瓷的制备方法，其特征在于，过筛时使用80目和140目筛子过筛，取80目和140目筛子中间层的粉料。

7.根据权利要求2所述的钛酸锶钡基高储能密度和功率密度陶瓷的制备方法，其特征在于，模压成型时的压强控制在200MPa。

8.如权利要求2所述的钛酸锶钡基高储能密度和功率密度陶瓷的制备方法，其特征在于，将生胚置于坩埚中排胶时，盖在坩埚上的盖子和坩埚之间留有缝隙；在烧结时采用密封烧结，在陶瓷生胚上倒置坩埚密封。

9.根据权利要求2所述的钛酸锶钡基高储能密度和功率密度陶瓷的制备方法，其特征在于，烧结时升温速率为4℃/min，保温时间为3h。