[发明专利]一种高储能密度和高储能效率的无铅BiFeO3

权利要求书

1.一种无铅BiFeO₃基储能陶瓷材料，其特征在于，所述无铅BiFeO₃基储能陶瓷材料室温下为铁电相，其化学组成为（1-z-x）BiFeO₃-zBaTiO₃-xBa(Zn_1/3Ta_2/3)O₃+yMnCO₃，其中0.04≤x≤0.10；z=0.34；y=0.15wt%，y为MnCO₃与（1-z-x）BiFeO₃-zBaTiO₃-xBa(Zn_1/3Ta_2/3)O₃的质量百分比。

2.根据权利要求1所述的无铅BiFeO₃基储能陶瓷材料，其特征在于，所述无铅BiFeO₃基储能陶瓷材料最大极化强度为32.73～51.71μC/cm²，剩余极化强度为2.4～13.22μC/cm²。

3.根据权利要求1所述的无铅BiFeO₃基储能陶瓷材料，其特征在于，所述无铅BiFeO₃基铁电陶瓷材料在室温下可用的储能密度为1.56～2.56J/cm³，储能效率为53～82%。

4.一种权利要求1-3中任一项所述的无铅BiFeO₃基储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：

（1）以Bi₂O₃粉体、BaCO₃粉体、TiO₂粉体、ZnO粉体、MnCO₃粉体、Fe₂O₃粉体、Ta₂O₅粉体作为原料粉体，按照所述无铅BiFeO₃基储能陶瓷材料的化学组成配制并混合，经煅烧后，得到陶瓷粉体；

（2）将步骤（1）所得陶瓷粉体球磨、造粒、陈化、成型及排塑，得到陶瓷坯体

（3）将步骤（2）所得陶瓷坯体烧结后得到所述无铅BiFeO₃基储能陶瓷材料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为750～800℃，时间为2～5小时，所述煅烧的升温速率不超过5℃/分钟。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述升温速率为2～5℃/分钟。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，在陶瓷粉体中加入粘结剂，混合并造粒，再经陈化后压制成型，然后升温进行排塑，得到陶瓷坯体；所述粘结剂的加入量为陶瓷粉体重量的5～8wt.%；所述粘结剂为聚乙烯醇PVA、PEG、EC中的至少一种。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述陈化的时间为22～26小时；升温至700～800℃进行排塑，保温1～3小时。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为970～1020℃，时间为2～6小时。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为970℃～990℃。

11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的升温速率不超过5℃/分钟。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的升温速率为2～5℃/分钟。

13.一种多铁陶瓷元件，其特征在于，将权利要求1-3中任一项所述的无铅BiFeO₃基储能陶瓷材料加工成所需尺寸，再经被银、烧银，得到所述多铁陶瓷元件；所述烧银温度为700℃～800℃，时间为20～40分钟；所述烧银的升温速率不超过2℃/分钟。