本发明属于陶瓷电容器中电介质储能陶瓷材料，具体涉及一种bi3+和y3+共掺杂agnbo3反铁电储能陶瓷材料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、陶瓷基电介质电容器具有超高的功率密度和优异的抗疲劳性能，被认为是高脉冲动力设备的优秀候选材料之一，如电动汽车、智能电网、航空电子和汽车工业、脉冲动力武器等。然而，与其它储能装置(燃料电池、电池、超级电容器)相比，电介质电容器的可回收能量密度有限，比锂离子电池小约1-2个数量级，严重限制了其在脉冲动力系统的小型化和集成化的应用。因此，电介质电容广泛工业化的主要任务是提高储能密度，使其能与电化学电容相媲美。作为电介质电容器的核心部件-电介质储能材料是关键。
2、目前，商用的电介质储能材料是以铅基陶瓷材料为主，如钛酸铅(pbtio3)、锆钛酸铅(pzt)等。近期，铅基储能陶瓷材料报道的储能密度(wrec)、储能效率(η)及抗击穿场强(eb)分别达到11.2j/cm、82％及400kv/cm，这表明铅基陶瓷材料具有优异的储能特性。然而，铅基陶瓷材料在其制备过程中产出的含铅物质严重污染环境，其中100g的pbtio3中含pb量高达68g，在较高温度使用的铅基铁电材料中，增加了有毒物铅泄露的风险。由于愈发严格的环保要求以及能源行业转型的需要，“含铅”变“无铅”成为储能领域研究的新热点。因此，研发出一种性能优良的无铅反铁电储能陶瓷材料具有十分重要的意义。
3、目前，对于无铅储能材料的研究热点主要集中在铁电batio3、驰豫铁电bi0.5na0.5tio3、反铁电agnbo3等材料，其中弛豫铁电bi0.5na0.5tio3陶瓷材料具有极化滞后单调降低，形成较细的p-e回线，提高了转化效率，而储能密度较低；无铅反铁电agnbo3陶瓷材料因其高的pmax(pmax～50μc/cm2)和高居里温度(tc～350℃)而受到广泛关注。然而，纯agnbo3陶瓷材料被认为反铁电相afe(pbcm)和铁电相(pmc21)可能在室温下共存，导致相当大的电滞后和明显的非零剩余极化(pr)，对agnbo3陶瓷材料的储能性能有负面影响。agnbo3陶瓷材料也存在击穿场强低、反铁电相不稳定等问题限制着储能性能的提升并阻碍其进一步商业化的应用。
4、现有技术中，申请号为202211559128.2的专利文献公开了通过水热反应法制备agnbo3反铁电储能陶瓷，其制备工艺相对较为复杂，最终制备的储能陶瓷的储能密度为3.8-4.5j/cm3，转化效率为38.5％-45.1％，效果不够理想。
5、现有技术中，申请号为201911420679.9的专利文献公开了通过固相反应法制备ag0.97nd0.01nbo3反铁电储能陶瓷，其烧结温度相对较高(烧结温度为1150℃)，最终制备的储能陶瓷的转化效率仅为50.2％。
6、现有技术中，申请号为202111194580.9的专利文献公开了通过固相反应法制备(1-x)agnbo3-x(sr0.7bi0.2)hfo3-0.01bcb反铁电储能陶瓷，尽管该储能陶瓷的储能密度能够达到6.1j/cm3，储能效率能够达到73％，但是其制备工艺步骤相对较为繁琐，成分较为复杂，不易实现。
7、现有技术中，申请号为202210536338.3的专利文献公开了无铅反铁电高储能密度陶瓷材料的化学通式为(1-x)(na0.5ag0.5)1-3ymynbo3-xabo3，其中0＜x≤0.3，0＜y≤0.15；abo3选自bifeo3、natao3和agtao3中的一种；通式中的m选自bi、la、ce三价金属的氧化物中的一种或多种，当为多种时，其摩尔分数之和为1；通过结合nanbo3和agnbo3这两种无铅反铁电体的优势，构建了(na0.5ag0.5)nbo3基体，并且通过高价元素替代a位抑制ag还原，当向(na0.5ag0.5)nbo3中加入其它钙钛矿组成，可以获得稳定的且可逆的反铁电相结构，最终获得高的储能密度，使其能够满足无铅储能电容器中的实际应用需求。
8、由此可见，在优化agnbo3反铁电储能陶瓷材料的制备工艺的基础上，如何稳定agnbo3陶瓷材料室温下的反铁电相，增强其弛豫行为，实现高的wrec和η成为该领域的一道关键技术难题。
技术实现思路
1、本发明解决的技术问题是提供了一种bi3+和y3+共掺杂agnbo3反铁电储能陶瓷材料及其制备方法，该方法简化了agnbo3反铁电储能陶瓷材料的制备工艺，解决了室温下其反铁电相的稳定性，有效提高了其储能密度和转化效率，能够进一步用于制备agnbo3基高性能陶瓷电容器。
2、本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种bi3+和y3+共掺杂agnbo3反铁电储能陶瓷材料，其特征在于：该储能陶瓷材料的化学式为ag1-3xbixnb1-3x/5yxo3，其中0＜x≤0.01，bi3+和y3+在a/b位共掺杂agnbo3反铁电储能陶瓷材料。
3、优选地，所述储能陶瓷材料的化学式为ag0.97bi0.01nb0.994y0.01o3，其储能密度wrec＝5.4j/cm3，转化效率η＝56％，击穿场强eb＝190kv/cm。
4、一种bi3+和y3+共掺杂agnbo3反铁电储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：
5、步骤s1：按ag1-3xbixnb1-3x/5yxo3的化学式计量比分别称量ag2o、nb2o5、bi2o3和y2o3，其中0＜x≤0.01；
6、步骤s2：将称量好的化学药品放入星型球磨机中，再加入无水乙醇作为介质进行球磨并干燥；
7、步骤s3：将混合粉体在氧气气氛下以3-5℃/分钟的升温速率升温至850-950℃预烧结3-9h，再将预烧过的粉料进行二次球磨并干燥，然后将预烧粉料进过等静压处理，再压制成圆柱状胚体；
8、步骤s4：将压制的圆柱状胚体在氧气气氛下以3-5℃/分钟的升温速率升温至1050-1070℃再次烧结3-9h，再以3-5℃/分钟的降温速率降温至280-320℃，然后随炉冷却至室温得到ag1-3xbixnb1-3x/5yxo3储能陶瓷材料。
9、优选地，步骤s1中所述ag2o的纯度为99.7％，nb2o5的纯度为99.99％，bi2o3的纯度为99.9％，y2o3的纯度为99.9％。
10、优选地，步骤s2的球磨过程为以300-600r/min的转速球磨18-24h。
11、优选地，步骤s3的压制过程为在200mpa的等静压压力下压制成直径为8mm、厚度为1mm圆柱状胚体。
12、本发明所述bi3+和y3+共掺杂agnbo3反铁电储能陶瓷材料在制备陶瓷电容器中的应用。
13、本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：本发明通过在agnbo3储能陶瓷材料a/b位共掺杂离子来降低容忍因子(t)，能够有效提高agnbo3储能陶瓷材料afe相的稳定性；
14、本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：本发明通过bi3+和y3+在agnbo3储能陶瓷材料a/b位共掺杂离子来降低容忍因子(t)，稳定反铁电相，细化晶粒尺寸，增加带隙等，能够有效提高agnbo3储能陶瓷材料afe相的稳定性；通过采用多重bi3+和y3+等价掺杂策略，破坏agnbo3体系中的长程反铁电有序，诱导弛豫行为，增加介电弛豫效应，形成极性纳米区域(pnrs)，使其具有较细的p-e曲线，能够有效提高储能效率。本发明通过简单、易于实现的技术工艺制备出具有pbcm空间群钙钛矿结构的agnbo3基反铁电储能陶瓷材料，在提高其击穿场强(eb)的同时也降低剩余极化值(pr)，并且能够有效提高储能密度及室温下反铁电相的稳定性。本发明通过改善反铁电相的稳定性，提高介电击穿强度和弛豫性征的协同效应下，制备的ag0.97bi0.01nb0.994y0.01o3基驰豫反铁电储能陶瓷在190kv/cm作用下，获得5.4j/cm3的储能密度和56％的转化效率，大约是agnbo3陶瓷的4倍。这与小型化、集成化和轻量级脉冲功率器件的需求相一致。
1.一种bi3+和y3+共掺杂agnbo3反铁电储能陶瓷材料，其特征在于：该储能陶瓷材料的化学式为ag1-3xbixnb1-3x/5yxo3，其中0＜x≤0.01，bi3+和y3+在a/b位共掺杂agnbo3反铁电储能陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的bi3+和y3+共掺杂agnbo3反铁电储能陶瓷材料，其特征在于：该储能陶瓷材料的化学式为ag0.97bi0.01nb0.994y0.01o3，其储能密度wrec=5.4j/cm3，转化效率η=56%，击穿场强eb=190kv/cm。
3.一种权利要求1所述的bi3+和y3+共掺杂agnbo3反铁电储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：
4.根据权利要求3所述的bi3+和y3+共掺杂agnbo3反铁电储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于：步骤s1中所述ag2o的纯度为99.7%，nb2o5的纯度为99.99%，bi2o3的纯度为99.9%，y2o3的纯度为99.9%。
5.根据权利要求3所述的bi3+和y3+共掺杂agnbo3反铁电储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于：步骤s2的球磨过程为以300-600r/min的转速球磨18-24h。
6.根据权利要求3所述的bi3+和y3+共掺杂agnbo3反铁电储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于：步骤s3的压制过程为在200mpa的压力下压制成直径为8mm、厚度为1mm圆柱状胚体。
7.权利要求1或2所述的bi3+和y3+共掺杂agnbo3反铁电储能陶瓷材料在制备陶瓷电容器中的应用。
