陶瓷儲能電容器能實(shí)現(xiàn)瞬間大電流、高電壓放電,在儲能脈沖功率器件中具有不可替代的地位。然而當(dāng)前受到其儲能密度低的限制,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們對儲能器件小型化、集成化的要求。研制高儲能密度脈沖電容器,使其兼具傳統(tǒng)蓄電池和一般電容器的特點(diǎn)與所長,是未來儲能元器件的重要發(fā)展趨勢。而其核心在于研制陶瓷儲能介質(zhì)材料,因而研發(fā)高儲能密度陶瓷介質(zhì)具有重要意義。本文分析了各種儲能介質(zhì)材料的發(fā)展趨勢和優(yōu)缺點(diǎn),選取反鐵電陶瓷(Pb0.97La0.02)(Zr0.5Sn0.44Ti0.06)O_3(PLZST)為研究對象。以提高反鐵電材料的儲能密度為目的,在PLZST基礎(chǔ)上,運(yùn)用離子摻雜的原理,提出了(1-x)PLZST-xBiYO_3(PLZST-BY)的摻雜方式。采用傳統(tǒng)固相法制備出不同比例多組元改性的PLZST-BY,研究發(fā)現(xiàn)BiYO_3摻雜提高了PLZST的燒結(jié)溫度且添加Bi YO_3對PLZST的頻率穩(wěn)定影響極小。由于Bi3+和Y3+的摻雜引入的缺陷濃度和第二相焦綠石相的增多,介電常數(shù)隨著BY的摻雜量先增大后減小。BY摻雜降低了PLZST的AFE-FE相變電場,結(jié)果在同樣的電場下?lián)诫sPLZST具有更高的儲能密度。而隨著BY摻雜量的加入,提高了陶瓷的致密性,陶瓷的擊穿電場明顯上升。在摻雜量為x=0.3的樣品中,陶瓷的擊穿電場達(dá)到了22.1kV/mm。在x=0.1摻雜樣品中,擊穿電場達(dá)到了14.6kV/mm,儲能效率為83.3%,儲能密度能達(dá)到0.80J/cm3,比純的PLZST塊材儲能密度高近2.7倍。本文進(jìn)一步選取了高介電常數(shù)、高耐壓、低損耗Ba-B-Al-Si玻璃為添加劑。Ba-B-Al-Si玻璃具有高擊穿場強(qiáng)~12MV/cm,與PLZST陶瓷復(fù)合有利于提高陶瓷的擊穿強(qiáng)度。本文采用高溫熔融法制備了Ba-B-Al-Si無堿玻璃粉末,并與PLZST基料混合制備具有玻璃相包覆結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷。Ba-B-Al-Si玻璃降低了陶瓷的燒結(jié)溫度。結(jié)果證明Ba-B-Al-Si玻璃對陶瓷擊穿電場提升是有效的,在7 wt%摻雜樣品中擊穿電場達(dá)到了13.69kV/mm。然而Ba-B-Al-Si和陶瓷的相互之間存在兩相擴(kuò)散,導(dǎo)致產(chǎn)生了熱離子極化提高了損耗,摻雜同時降低了陶瓷的極化強(qiáng)度,儲能密度和儲能效率有所下降。通過流延、等靜壓制備MLCC單層陶瓷介質(zhì)生瓷帶,研究了厚度對PLZST單層介質(zhì)介電性能的影響。并對流延工藝與PLZST的燒結(jié)制度進(jìn)行了摸索,通過工藝的改進(jìn)充分發(fā)掘PLZST的儲能潛力,流延厚膜總儲能密度高達(dá)2.01J/cm~3。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TQ174.1;TM53
【部分圖文】：

圖 1-1 不同介質(zhì)材料的能量存儲密度圖[3]儲能脈沖電容器應(yīng)用包羅了軍民各行各業(yè)，民用上可提供超大功率電力用型起重裝置的電力平衡電源，同時可用于交通運(yùn)輸車輛的牽引能源，改造當(dāng)

超級電容器內(nèi)部構(gòu)造示意圖

陶瓷電容器極化原理圖

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2830275