Inner Mechanism of Enhanced Energy Storage Properties and Efficiency for CaTiO3 Modified 0.92NaNbO3-0.08Bi(Mg0.5Ti0.5)O3 Lead-Free Ceramics

Peng Nong; Yue Pan; Qinpeng Dong; Dafu Zeng; Mingzhao Xu; Xiang Wang; Jiaming Wang; Lian Deng; Xiuli Chen; Huanfu Zhou

doi:https://doi.org/10.1007/s13391-023-00434-3

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저자정보: Peng Nong (Guilin University) Yue Pan (Guilin University) Qinpeng Dong (Guilin University) Dafu Zeng (Guilin University) Mingzhao Xu (Guilin University) Xiang Wang (Guilin University) Jiaming Wang (Guilin University) Lian Deng (Guilin University) Xiuli Chen (Guilin University) Huanfu Zhou (Guilin University)

저널정보: 대한금속·재료학회 Electronic Materials Letters Electronic Materials Letters Vol.20 No.1

발행연도: 2024.1

수록면: 65 - 77 (13page)

DOI: https://doi.org/10.1007/s13391-023-00434-3

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NaNbO 3 -based lead-free ceramics are gaining widespread interest in recent years due to their environmental friendlinessand low density, which can meet the needs of future advanced pulse power electronics for low cost, miniaturization andintegration. However, a reversible phase transition of FE-AFE at room temperature for pure NaNbO 3 ceramic will producea large residual polarization, resulting in a low energy storage capacity. In this work, the ternary system (1- x )(0.92NaNbO 3 -0.08Bi(M g0.5 Ti 0.5 )O 3 )- x CaTiO 3 was designed by introducing the linear material CaTiO 3 doped into (0.92NaNbO 3 -0.08Bi(Mg 0.5 Ti 0.5 )O 3 ) ceramics to enhance the disorder of A/B sites in the system. The introduce of CaTiO 3 could optimizethe relaxation characteristics of the ceramics, refi ne the grain size to improve the breakdown fi eld strength( E b ), which enhancethe energy storage properties to W rec = 5.71 J/cm 3 and η = 85.7% at 475 kV/cm. Additionally, the 0.8(0.92NN-0.08BMT)-0.2CT ceramic achieves both temperature (20–160 °C) and frequency (5 Hz -120 Hz) stability, while also obtains excellentcharge/discharge performance( C D = 607.22 A/cm 2 , P D = 48.58 MW/cm 3 , t 0.9 = 28 ns), which indicates the great potentialapplication in pulsed power capacities.

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