能源问题困扰着人类的发展,电能作为能源的一种,相比于其他的能量形式,更易于存储于介质之中。储能陶瓷因储能特性以及快速的充放电性能、高功率密度成为能量存储领域的热点。当今用于储能的陶瓷以含铅元素的陶瓷为主。Pb造成大脑永久性损伤,伤害河流山川湖泊中的小鱼小虾。电子产品的元器件中大多含有铅,经常使用含铅元素,会对人的大脑和身体造成伤害。无铅化陶瓷的商用重担落在了这一代研究者肩上。本课题目标是研究铌酸钠基无铅电介质陶瓷材料的能量存储特性,并对其物相、介电和铁电等性能进行表征分析。(1-x)NaNbO3-xSr(Nb0.5Al0.5)O3 储能陶瓷(缩简为(1-x)NN-xSNA)经传统固相法制备并进行表征分析。由XRD图谱可知,SNA完全融入到了 NN的晶格当中,钙钛矿结构的特征峰均对应。SEM结果显示,晶粒尺寸不断地增大,最大组分拥有整个体系最大的晶粒尺寸。高于1300℃烧结,产生液相,是造成该现象的原因。而且,SNA的加入降低了 NN的介电常数。庆幸的是,SNA的引入带来了介电损耗降低,这有助于储能性能的提高。Pr数值降低和Eb数值提高,为组分0.75NN-0.25SNA带来了 Wrec=1.617 J·cm-3和η=82.5%,适用于实际应用的温度与频率稳定性该组分也有。(1-x)NaNbO3-xBi(Sn0.5Ni0.5)O3 储能陶瓷(缩简为(1-x)NN-xBSN)经传统固相法制备并进行表征分析。XRD谱图中可清晰明了的看到七大主要峰的对应,证实了 NN的制备成功。SEM图显示,在x=0.12时,晶粒尺寸为1.14μm,在该组分平均晶粒尺寸最小,这与之后的储能性能在该组分最高相一致。总的来说,BSN含量的等差加入,带来的是ε’和tanδ的逐渐减小。Pr数值降低和Eb数值提高,为组分0.88NN-0.12BSN带来Wrec=2.01 J·cm-3和η=80.3%,适用于实际应用的温度与频率双重稳定性该组分也有。该组分在180 kV·cm-1电场下,还拥有着突出的功率密度(PD=88.16 MW·cm-3)和电流密度(CD=979.59A·cm-2)。(1-x)NaNbO3-xBi(Nb0.33Ni0.67)O3 储能陶瓷(缩简为(1-x)NN-xBNN)经传统固相法制备并进行表征分析。通过XRD可以观察到,在BNN含量低于0.15时,没有不属于NN的小峰出现。但BNN含量到达0.20时,杂峰显现,杂峰对应着杂相,在x=0.20的SEM图中观察到明显的其他相。仔细查看各个SEM的平均晶粒尺寸(Ga),组分x=0.10拥有最小的晶粒尺寸,对应着体系最高的储能性能。Pr奔向低值和Eb数值提高,为组分0.90NN-0.10BNN的体系提供了Wrec=2.297 J·cm-3和η=79.7%。适用于实际应用的温度与频率稳定性0.10BNN也有。(1-x)NaNbO3-xBi(Zr0.5Mg0.5)O3 储能陶瓷(缩简为(1-x)NN-xBZM)经传统固相法制备并进行表征分析。在x=0.03-0.18的XRD谱图中,均没有发现任何第二相的出现,完美的NN固溶体被制备了出来。同一尺度下测量的SEM显示,x≤0.09,晶粒尺寸较小,x>0.09时,晶粒尺寸增加了近一倍,也更加的紧凑致密。总体看来,BZM的添加,同样带来介电常数与损耗的降低。Pr数值向零值靠近和Eb数值提高,为组分0.88NN-0.12BZM带来了Wrec=3.01 J·cm-3和η=90.3%,适用于实际应用的双重稳定性(温度及频率)该组分也出现了。同时,0.12BZM组分陶瓷在220kV·cm-1电场下表现出大的PD=38.67 MW·cm-3,Wdc=0.512 J·cm-3和短瞬的t0.9=41.2 ns的放电特性。