清华大学材料学院李敬锋教授课题组：发现高储能密度无铅反铁电陶瓷材料

【成果简介】

6月19日，清华大学材料学院李敬锋教授课题组在Advanced Materials上在线发表了题为“Lead-Free Antiferroelectric Silver Niobate Tantalate with High Energy Storage Performance”的研究论文，报道了该课题组在铁电陶瓷储能材料研究方面取得的重要进展。这项成果不仅发现了一种具有高储能密度和良好温度稳定性的无铅反铁电陶瓷材料，而且其反铁电性增强机制研究为无铅反铁电储能陶瓷的研发提供了新思路。

【图文导读】

图1 性能结果表征

（a）Ag（Nb_1-xTa_x）O₃陶瓷的介电击穿强度和晶粒尺寸。插图为AgNbO₃和Ag（Nb₈₀Ta_0.20）O₃陶瓷的微观结构。

（b）Ag（Nb_1-xTa_x）O₃陶瓷的介电击穿强度的Weibull图。

（c）AgNbO₃陶瓷的介电常数的温度和频率依赖性。

（d）由介电常数确定的Ag（Nb_1-xTa_x）O₃的相图。

图2 性能结果表征

（a，c）AgNbO₃陶瓷在20℃和100℃下的电滞回线和介电可调性。

（b，d）在20℃和100℃下Ag（Nb_0.85Ta_0.15）O₃陶瓷的电滞回线和介电可调性。

【研究内容】

 储能材料与器件是近年来功能材料领域的研究热点，其中具有高储能密度和高可靠性的电介质储能材料在高能脉冲功率技术等领域有着几乎不可替代的应用。具有双电滞回线特征的反铁电储能材料一直备受关注，但过去的研究主要集中在锆钛酸铅（Pb(Zr,Ti)O₃）体系。基于在铌酸盐基无铅压电陶瓷研究方面的长期工作，李敬锋教授课题组对铌酸银（AgNbO₃）的反铁电性及其储能特性开展研究，发现Ta掺杂可以调控AgNbO₃的相变，显著提升介电击穿强度和反铁电性，其最大可释放储能密度达到4.2 J/cm³，比纯AgNbO₃提升了260%，且在20-120℃内可释放储能密度的变化幅度维持在±5%以内。

 论文第一作者为材料学院博士后赵磊，通讯作者为清华大学材料学院李敬锋教授，澳大利亚卧龙岗大学创新材料研究所张树君教授为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金重点项目、973项目和中国博士后基金等项目的支持。

原文链接：http://www.mse.tsinghua.edu.cn/publish/mse/145/2017/20170621143105966178249/20170621143105966178249_.html

文献链接：Lead-Free Antiferroelectric Silver Niobate Tantalate with High Energy Storage Performance (ADV MATER., 2017, DOI：10.1002/adma.201701824)

本文由材料人编辑部石小梅编辑，点我加入材料人编辑部。

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