[发明专利]基于能量存储与电卡制冷的多层陶瓷电容器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于能量存储与电卡制冷的多层陶瓷电容器及其制备方法，涉及弛豫铁电厚膜材料技术领域，所述的基于能量存储与电卡制冷的多层陶瓷电容器由介质层和内电极组成，所述的介质层采用的原料为(1‑x)Na_0.5Bi_0.5TiO₃‑xSr_1‑0.15yBi_yTiO₃粉体；其中，(1‑x)Na_0.5Bi_0.5TiO₃‑xSr_1‑0.15yBi_yTiO₃中的x和y为摩尔数，0.38≤x≤0.56，0≤y≤0.2。本发明提供的基于能量存储与电卡制冷的多层陶瓷电容器将能量存储与电卡制冷集成至单一材料，缩小集成电路体积及质量，以此来同步实现能量存储与电卡制冷，解决现今储能电容器因热效应导致服役寿命缩短的问题。本发明提供的基于能量存储与电卡制冷的多层陶瓷电容器同时实现了高储能密度4.5J/cm³与宽温区(33‑103℃)、大电卡(ΔT＝2.5℃)。

技术领域

本发明涉及弛豫铁电厚膜材料技术领域，具体涉及一种基于能量存储与电卡制冷的多层陶瓷电容器及其制备方法。

背景技术

储能电容器具有高功率密度和快速充放电的特点，被广泛应用于新能源发电系统、定向能武器、医用手术激光与混合动力汽车等领域，是脉冲功率设备中最关键的元件之一。随着电子设备趋于小型化、集成化、多功能化与轻量化方向发展，单位体积内封装过多电子元件导致器件过热，严重影响器件的工作稳定性，同时会大大缩短储能元件的服役寿命。因此，将能量存储与电卡制冷集成至单一材料实现“一材多用”缩小集成电路体积及质量，以此来同步实现能量存储与电卡制冷，解决现今储能电容器因热效应导致服役寿命缩短的瓶颈。

弛豫铁电材料有望同时获得较大的储能密度与电卡绝热温变。弛豫铁电体(1-x)Na_0.5Bi_0.5TiO₃-xSr_1-0.15yBi_yTiO₃(NBT-SBT)具有纤细的电滞回线，较大的极化强度与较高的击穿电场，表现出优异的储能特性，可用于能量储存领域。此外，通过调节Sr_1-0.15yBi_yTiO₃的含量可将(1-x)Na_0.5Bi_0.5TiO₃-xSr_1-0.15yBi_yTiO₃的相变温度调节至室温附近，从而产生巨大的熵变和电卡效应。此外，将该体系材料制成多层电容器形式，不但增大了材料的总体吸热容量，而且极大程度的提高了材料的耐压强度，不仅可以获得超高的储能密度，同时可以实现宽温区、近室温的大电卡，有望在脉冲功率器件工作的同时，进行局部制冷，改善器件的稳定性并增强其工作寿命。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于能量存储与电卡制冷的多层陶瓷电容器及其制备方法。本发明将弛豫铁电体(1-x)Na_0.5Bi_0.5TiO₃-xSr_1-0.15yBi_yTiO₃(NBT-SBT)材料制成多层电容器形式，极大程度的提高了材料的耐压强度，不仅可以获得超高的总储能密度，而且增加了材料的总体吸热容量，能够在脉冲功率器件工作的同时，进行局部制冷，改善器件的稳定性并增强其工作寿命。本发明提供的基于能量存储与电卡制冷的多层陶瓷电容器及其制备方法解决了现今储能电容器因热效应导致服役寿命缩短的弊端。