储能脉冲电容器用PLZST介电性能研究

发布时间：2020-09-29 21:21

　　 陶瓷储能电容器能实现瞬间大电流、高电压放电,在储能脉冲功率器件中具有不可替代的地位。然而当前受到其储能密度低的限制,远远不能满足人们对储能器件小型化、集成化的要求。研制高储能密度脉冲电容器,使其兼具传统蓄电池和一般电容器的特点与所长,是未来储能元器件的重要发展趋势。而其核心在于研制陶瓷储能介质材料,因而研发高储能密度陶瓷介质具有重要意义。本文分析了各种储能介质材料的发展趋势和优缺点,选取反铁电陶瓷(Pb0.97La0.02)(Zr0.5Sn0.44Ti0.06)O_3(PLZST)为研究对象。以提高反铁电材料的储能密度为目的,在PLZST基础上,运用离子掺杂的原理,提出了(1-x)PLZST-xBiYO_3(PLZST-BY)的掺杂方式。采用传统固相法制备出不同比例多组元改性的PLZST-BY,研究发现BiYO_3掺杂提高了PLZST的烧结温度且添加Bi YO_3对PLZST的频率稳定影响极小。由于Bi3+和Y3+的掺杂引入的缺陷浓度和第二相焦绿石相的增多,介电常数随着BY的掺杂量先增大后减小。BY掺杂降低了PLZST的AFE-FE相变电场,结果在同样的电场下掺杂PLZST具有更高的储能密度。而随着BY掺杂量的加入,提高了陶瓷的致密性,陶瓷的击穿电场明显上升。在掺杂量为x=0.3的样品中,陶瓷的击穿电场达到了22.1kV/mm。在x=0.1掺杂样品中,击穿电场达到了14.6kV/mm,储能效率为83.3%,储能密度能达到0.80J/cm3,比纯的PLZST块材储能密度高近2.7倍。本文进一步选取了高介电常数、高耐压、低损耗Ba-B-Al-Si玻璃为添加剂。Ba-B-Al-Si玻璃具有高击穿场强~12MV/cm,与PLZST陶瓷复合有利于提高陶瓷的击穿强度。本文采用高温熔融法制备了Ba-B-Al-Si无碱玻璃粉末,并与PLZST基料混合制备具有玻璃相包覆结构的玻璃陶瓷。Ba-B-Al-Si玻璃降低了陶瓷的烧结温度。结果证明Ba-B-Al-Si玻璃对陶瓷击穿电场提升是有效的,在7 wt%掺杂样品中击穿电场达到了13.69kV/mm。然而Ba-B-Al-Si和陶瓷的相互之间存在两相扩散,导致产生了热离子极化提高了损耗,掺杂同时降低了陶瓷的极化强度,储能密度和储能效率有所下降。通过流延、等静压制备MLCC单层陶瓷介质生瓷带,研究了厚度对PLZST单层介质介电性能的影响。并对流延工艺与PLZST的烧结制度进行了摸索,通过工艺的改进充分发掘PLZST的储能潜力,流延厚膜总储能密度高达2.01J/cm~3。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TQ174.1;TM53
【部分图文】：

图 1-1 不同介质材料的能量存储密度图[3]储能脉冲电容器应用包罗了军民各行各业，民用上可提供超大功率电力用型起重装置的电力平衡电源，同时可用于交通运输车辆的牵引能源，改造当

超级电容器内部构造示意图

陶瓷电容器极化原理图

【参考文献】

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本文编号：2830275