摘要
化石能源的过度开采与滥用造成了严重的能源危机和环境污染，因此，开发低能源损耗且环境友好的储能材料迫在眉睫。钛酸钡(BT)基无铅介电储能电容器以其良好的介电、铁电性能广泛应用于军事武器、医疗与电子设备等领域。然而BT基陶瓷低的能量密度与高的烧结温度致使其无法满足设备小型化、集成化的要求。基于此，本文通过成分调控提高BT基陶瓷的储能性能探究不同工艺对BT基陶瓷储能性能的影响，及不同烧结助剂对BT基陶瓷烧结温度及储能性能的影响。 向BT中分别引入铌锂酸铋(BiLi0.5Nb0.5O3,BLN)与钛镁酸铋(BiMg0.5Ti0.5O3，BMT),并通过固相法制备(1-x)BT-xBiMeO3(Me=Li,Nb或Mg,Ti)系列陶瓷。研究发现，Bi3+与Me3+的复合离子的引入打断了BT中的铁电长程有序，降低了BT陶瓷的剩余极化。通过组分优化，BT-0.375BMT(BT-BMT)陶瓷具有最大的饱和极化强度与剩余极化强度之差，表现出优异的储能性能。为进一步提升BT基陶瓷储能特性，采用粘性聚合物加工法(Viscous Polymer Processing,VPP)制备BT-BLN陶瓷。该工艺可有效提高样品的致密度，使其相对密度从96.62％提高到99.31％,导致击穿场强从230kV/cm增加到470kV/cm,最终获得5.34J/cm3的有效储能密度及87.11％的储能效率。 为降低BT-BMT陶瓷的烧结温度，系统研究了碳酸锂(Li2CO3)、LiF及65Bi2O3-20B2O3-15SiO2(BBS)玻璃对BT-BMT陶瓷烧结温度与储能性能的影响。具有低熔点(720℃)的Li2CO3的引入将BT-BMT陶瓷的烧结温度降低到1030℃。引入浓度为1wt％Li2CO3的BT-BMT陶瓷的击穿场强为150kV/cm,并在该陶瓷中取得了0.78J/cm3的有效储能密度和73.86％的储能效率。然而引入过量的Li2CO3将导致BT-BMT陶瓷的致密度和击穿场强的降低。LiF的引入，将BT-BMT陶瓷的烧结温度降低至1060℃。引入浓度为1.5wt％LiF的陶瓷击穿场强为320kV/cm,并获得了2.97J/cm3的有效储能密度及87.00％的储能效率。BT-BMT-x wt％BBS陶瓷的烧结温度降低至1080℃。高介电常数的BBS的引入细化了陶瓷晶粒，提高了该陶瓷的击穿场强。在250kV/cm下，BT-BMT-1wt％BBS的最大极化为31.05μC/cm2，并获得了3.46J/cm3的储能密度及79.48％的储能效率。同时均在储能方面表现出优异的温度稳定性。
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