中国粉体网讯  介电储能陶瓷电容器具有功率密度高、充放电速度快和循环寿命长的优点，在核物理与技术、新能源发电系统、医用手术激光、混合动力汽车、石油天然气勘探和定向能武器等领域得到广泛应用，成为脉冲功率设备中最关键的元件之一。然而，目前介电储能电容器的储能密度相对较低，不能满足脉冲功率器件集成化、轻量化和小型化的需求。因此提升介质电容器的能量密度被广泛研究，但多为掺杂、固溶、多相等方法。

一般来说，介电储能性能可以通过化学改性来提高，介电陶瓷的晶粒尺寸和致密化程度对击穿强度和机械性能的大小起着决定性的作用，这两个参数主要由制造方法和处理来控制。

近日，西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室魏贤华教授课题组成功通过冷烧结辅助两步烧结的方式成功制备出了Sr_0.7Bi_0.2TiO₃亚微米储能陶瓷。陶瓷具有较小的晶粒尺寸、高的击穿电场与高的储能密度（0.5μm、550kV/cm、4.17J/cm³）。此外，还具有61.7ns的超快放电速度，良好的机械性能。相比于常规固相烧结（SP），冷烧结（CSP）辅助很大程度抑制了陶瓷晶粒的长大，从而获得了一个亚微米晶粒尺度的介电陶瓷，通过利用晶粒细化和致密化的协同效应，实现了优异的综合储能性能陶瓷制备的新方案。

该团队利用溶液燃烧合成法合成的纳米粉体制备了Sr_0.7Bi_0.2TiO₃（SBT）陶瓷，采用两步法结合CSP和CS方法系统地研究了SBT陶瓷的显微结构、介电性能和储能性能。图1所示。

图1.冷烧结辅助（CSP）与常规固相烧结（CS）的对比

通过CSP的额外参与，SBT陶瓷的晶粒尺寸从0.99微米大大抑制到0.50微米。

通过CSP和随后在1170℃的高温烧结很好地实现了减小晶粒尺寸和增加相对密度的平衡，如图2所示。

图2 CSP2陶瓷达到小晶粒尺寸与高致密度的平衡

CSP陶瓷的储能性能

相关成果以“Submicron Sr_0.7Bi_0.2TiO₃ dielectric ceramics for energy storage via a two-step method aided by cold sintering process”为题发表在国际材料领域著名期刊《Materials & Design》（DOI:10.1016/j.matdes.2022.111447）上。该论文第一作者为硕士研究生杨仕林，通讯作者为魏贤华教授，西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室为论文第一作者单位和通讯作者单位。

来源：电介质Dielectrics

（中国粉体网编辑整理/空青）

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