journal article·2022-09Open access

Sodium bismuth titanate-based perovskite ceramics with high energy storage efficiency and discharge performance

Jiahui Wang, Fudong Zhang, Zhanhui Peng, Xiaolian Chao, Zupei Yang

Journal of Materiomics· Volume 8· Issue 5

Abstract

Designing dielectric materials with the tremendous energy storage density is fundamentally important for developing pulse power capacitors. An effective approach was proposed to favorably modify the dielectric energy storage properties (ESP) of Bi0.5Na0.5TiO3 ceramics using CaTiO3 incorporation. The dielectric breakdown strength was effectively enhanced, and simultaneously the relaxor behavior was optimized to lower the remnant polarization, which is resulted from the decreased grains size with the introduction of Ca2+ ion. Remarkably, at a CaTiO3 doping level of 0.2, a 0.8Bi0.5Na0.5TiO3-0.2CaTiO3 (0.8BNT-0.2CT) ceramic obtained both high energy storage density (Wtotal) of ∼1.38 J/cm3 together with excellent efficiency (η) of ∼91.3%. Furthermore, an ultrafast discharge response speed (t0.9) ∼ 94 ns was achieved in 0.8BNT-0.2CT ceramic, as well as tremendous current density (CD ∼1520 A/cm2) and power density (PD ∼115 MW/cm3). This study not only revealed the superior ESP mechanism as regards Bi0.5Na0.5TiO3 based ceramics but also provided candidate materials in pulse power capacitor devices.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Ferroelectric and Piezoelectric Materials · Dielectric materials and actuators · Acoustic Wave Resonator Technologies

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References (73)

Show source-provided references
1. Zhang · J Alloys Compd · 2021 · 875 · 16000510.1016/j.jallcom.2021.160005 ↗
2. Yan · Inorg Chem · 2017 · 56 · 1351010.1021/acs.inorgchem.7b02181 ↗
3. Yang · J Mater Chem · 2019 · 7 · 857310.1039/C9TA01165J ↗
4. Yang · J Mater Chem · 2016 · 4 · 1377810.1039/C6TA04107H ↗
5. Correia · J Am Ceram Soc · 2013 · 96 · 269910.1111/jace.12508 ↗
6. Qu · RSC Adv · 2016 · 6 · 3438110.1039/C6RA01919F ↗
7. Hao · J Adv Dielectrics · 2013 · 133000110.1142/S2010135X13300016 ↗
8. Wang · Chem Rev · 2021 · 121 · 612410.1021/acs.chemrev.0c01264 ↗
9. Shao · J Mater Chem · 2017 · 5 · 55410.1039/C6TA07803F ↗
10. Du · J Appl Phys · 2009 · 105 · 12410410.1063/1.3153128 ↗
11. Lu · Energy Environ Sci · 2020 · 13 · 293810.1039/D0EE02104K ↗
12. Wang · Energy Environ Sci · 2019 · 12 · 58210.1039/C8EE03287D ↗
13. Yan · Chem Eng J · 2021 · 417 · 12794510.1016/j.cej.2020.127945 ↗
14. Ma · J Alloys Compd · 2021 · 868 · 15920610.1016/j.jallcom.2021.159206 ↗
15. Wang · Ceram Int · 2021 · 47 · 1796410.1016/j.ceramint.2021.03.110 ↗
16. Fan · J Eur Ceram Soc · 2019 · 39 · 477010.1016/j.jeurceramsoc.2019.07.021 ↗
17. Li · J Appl Phys · 2017 · 121
18. Xu · Ceram Int · 2016 · 42 · 972810.1016/j.ceramint.2016.03.062 ↗
19. Ding · Mater Lett · 2014 · 114 · 10710.1016/j.matlet.2013.09.103 ↗
20. Li · J Appl Phys · 2017 · 121
21. Ji · Energy Storage Mater · 2021 · 38 · 11310.1016/j.ensm.2021.01.023 ↗
22. Zhang · J Eur Ceram Soc · 2020 · 40 · 545810.1016/j.jeurceramsoc.2020.06.059 ↗
23. Yan · Energy Storage Mater · 2020 · 30 · 39210.1016/j.ensm.2020.05.026 ↗
24. Pu · ACS Sustainable Chem Eng · 2018 · 6 · 610210.1021/acssuschemeng.7b04754 ↗
25. Ma · J Mater Chem C · 2019 · 7 · 28110.1039/C8TC04447C ↗
26. Bilal · Ceram Int · 2021 · 47 · 3092210.1016/j.ceramint.2021.07.275 ↗
27. Zhao · J Eur Ceram Soc · 2020 · 40 · 193810.1016/j.jeurceramsoc.2020.01.006 ↗
28. Zhang · J Mater Sci Mater Electron · 2015 · 26 · 272610.1007/s10854-015-2749-1 ↗
29. Qiao · J Eur Ceram Soc · 2019 · 39 · 477810.1016/j.jeurceramsoc.2019.07.003 ↗
30. Malik · J Alloys Compd · 2016 · 682 · 30210.1016/j.jallcom.2016.04.297 ↗
31. Luo · J Am Ceram Soc · 2019 · 102 · 464010.1111/jace.16309 ↗
32. Li · J Mater Chem C · 2019 · 7 · 155110.1039/C8TC05458D ↗
33. Roukos · J Adv Ceram · 2018 · 7 · 124
34. Yu · Ceram Int · 2020 · 46 · 2817310.1016/j.ceramint.2020.07.316 ↗
35. Wei · J Am Ceram Soc · 2018 · 102 · 359810.1111/jace.16244 ↗
36. Roukos · Ceram Int · 2019 · 45 · 446710.1016/j.ceramint.2018.11.126 ↗
37. Sun · J Power Sources · 2020 · 448 · 22745710.1016/j.jpowsour.2019.227457 ↗
38. Li · J Mater Chem C · 2019 · 7 · 769210.1039/C9TC02172H ↗
39. Li · Ceram Int · 2018 · 44 · 278210.1016/j.ceramint.2017.11.018 ↗
40. Wu · J Mater Chem C · 2019 · 7 · 622210.1039/C9TC01239G ↗
41. Zhao · Ceram. Int. · 2021 · 2580010.1016/j.ceramint.2021.05.308 ↗
42. Luo · J Mater Chem · 2019 · 7 · 1411810.1039/C9TA02053E ↗
43. Zhou · J Mater Chem · 2018 · 6 · 1789610.1039/C8TA07303A ↗
44. Zhou · Chem Eng J · 2022 · 427 · 13168410.1016/j.cej.2021.131684 ↗
45. Zhou · ACS Sustainable Chem Eng · 2018 · 6 · 1275510.1021/acssuschemeng.8b01926 ↗
46. Li · 2018 · 146 · 202
47. Yang · Progress Mater Sci · 2019 · 102 · 7210.1016/j.pmatsci.2018.12.005 ↗
48. Wang · J Materiomics · 2021 · 7 · 78010.1016/j.jmat.2020.12.009 ↗
49. Shi · Composites Part B: Eng · 2021 · 215 · 10881510.1016/j.compositesb.2021.108815 ↗
50. Huang · Ceram Int · 2021 · 47 · 2579410.1016/j.ceramint.2021.05.307 ↗
51. Guo · J Alloys Compoun. · 2021 · 876 · 16010110.1016/j.jallcom.2021.160101 ↗
52. Du · Ceram Int · 2021 · 47 · 1583410.1016/j.ceramint.2021.02.157 ↗
53. Yu · Ceram Int · 2020 · 46 · 2865210.1016/j.ceramint.2020.08.024 ↗
54. Yang · ACS Appl Mater Interfaces · 2020 · 12 · 3283410.1021/acsami.0c08737 ↗
55. Li · Ceram Int · 2020 · 46 · 342610.1016/j.ceramint.2019.10.055 ↗
56. Chen · Ceram Int · 2020 · 46 · 276410.1016/j.ceramint.2019.09.265 ↗
57. Ye · J Mater Chem C · 2019 · 7 · 563910.1039/C9TC01414D ↗
58. Qiao · J Mater Chem C · 2019 · 7 · 1051410.1039/C9TC03597D ↗
59. Qi · Adv Energy Mater · 2019 · 10 · 190333810.1002/aenm.201903338 ↗
60. Lin · ACS Appl Mater Interfaces · 2019 · 11 · 3682410.1021/acsami.9b10819 ↗
61. Chen · J Mater Sci Mater Electron · 2019 · 30 · 1591210.1007/s10854-019-01941-6 ↗
62. Yuan · Adv Funct Mater · 2020 · 30 · 200019110.1002/adfm.202000191 ↗
63. Zhang · J Mater Chem C · 2020 · 8 · 877710.1039/D0TC01711F ↗
64. Zhang · Ceram Int · 2020 · 46 · 9810.1016/j.ceramint.2019.08.238 ↗
65. Li · J Mater Chem · 2017 · 5 · 1960710.1039/C7TA05392D ↗
66. Li · 2017 · 141 · 15
67. Xu · J Am Ceram Soc · 2016 · 99 · 298410.1111/jace.14297 ↗
68. Yan · Chem Eng J · 2021 · 425 · 13066910.1016/j.cej.2021.130669 ↗
69. Sun · J Eur Ceram Soc · 2021 · 41 · 189110.1016/j.jeurceramsoc.2020.10.049 ↗
70. Xu · J Appl Phys · 2016 · 12010.1063/1.4961329 ↗
71. Liu · Ceram Int · 2020 · 46 · 1168010.1016/j.ceramint.2020.01.199 ↗
72. Zhang · Chem Eng J · 2020 · 383 · 12315410.1016/j.cej.2019.123154 ↗
73. Yao · Ceram Int · 2018 · 44 · 596110.1016/j.ceramint.2017.12.174 ↗