Achieving ultrafast discharge speed and excellent energy storage efficiency in environmentally friendly niobate-based glass ceramics

Chen, Chao; Zheng, Yuxin; Li, Bo

doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2022.08.010

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“…It is noteworthy that the sample consistently exhibits slender P–E loops thanks to its robust thermal stability, the decrease in W rec and η remains below 3 and 4%, respectively, throughout the tested temperature range. In Figure i, a comparison of W rec and η between KBBNTP-2T GCs and various other tungsten bronze ceramics and glass ceramics is presented. − ,− Figure S13 also shows the stability of the KBBNTP-2T GCs sample in terms of different frequencies and cycle numbers. It can be seen that this sample shows a certain degree of stability.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

Engineering Phase Separation in Niobate Glass through Ab Initio Molecular Dynamics for Enhanced Energy Storage Performance and Unprecedented Thermal Stability in Niobate-Based Glass Ceramics

Chen,

Wang,

Zhang

et al. 2024

ACS Appl. Mater. Interfaces

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The advancement of lead-free glass ceramics (GCs) possessing appropriate energy storage characteristics is crucial for the renewable energy and electronics industry. In this study, we synthesized lead-free GCs predominantly composed of the tungsten bronze phase, Ba 3.3 Nb 10 O 28.3 . Ab initio molecular dynamics initially reveal nonuniform distribution within the Ba/Nb−O regions in niobite glassy melts, offering valuable insights for the subsequent crystallization process. The proposal of a B-site engineering strategy is suggested, which entails the concurrent reduction of grain size and augmentation of the band gap in tungsten bronze GCs doped with Ta. This approach results in a substantial enhancement of the dielectric breakdown strength (BDS). Phase-field simulations have indicated that the refinement of grain sizes plays a pivotal role in augmenting the local electric field distribution and breakdown path, thereby contributing to the enhancement of BDS. As a consequence of these modifications, a notably high recoverable energy density (W rec ) of 5.23 J/cm 3 can be achieved, accompanied by an ultrahigh efficiency (η) of 94%, and superior thermal stability in energy storage. These outcomes are particularly evident in the case of 2 mol % Ta 2 O 5 -doped P 2 O 5 −K 2 O−BaO−Bi 2 O 3 −TeO 2 − Nb 2 O 5 (PKBBTN-T) GCs, where the W rec and η can be determined to be 2.87 ± 3% J/cm 3 and 95.46 ± 4%, respectively, over a temperature range spanning from 20 to 150 °C. Additionally, this specimen exhibits an exceptionally high discharge energy density (W dis ) of 4.01 J/cm 3 . This comprehensive investigation, comprising experimental and theoretical analyses, establishes an effective pathway and paradigm for the development of dielectric materials with ultrahigh energy storage properties.

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Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

Engineering Phase Separation in Niobate Glass through Ab Initio Molecular Dynamics for Enhanced Energy Storage Performance and Unprecedented Thermal Stability in Niobate-Based Glass Ceramics

Chen,

Wang,

Zhang

et al. 2024

ACS Appl. Mater. Interfaces

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“…Membro da mesma família, o óxido de nióbio despertou a atenção da comunidade científica quando demonstrou ter a capacidade surpreendente de intercalar íons-Li alcançando de até 225 mAh/g (1.6 mols Li + )(85) mesmo sobre ação de correntes altas (85,88,198), evidenciando que esta classe de materiais possui uma capacidade de difusão relevante para aplicações em sistemas de alta energia. Entretanto os estudos envolvendo os óxidos de nióbio focam em seu uso como ânodo e pouco é explorado sobre seu papel em cátodos (199).…”

Section: Sintese E Caracterização De Nanoesferasunclassified

Desenvolvimento de eletrodos para sistemas de armazenamento de energia baseados em recursos minerais nacionais estratégicos: aspectos sobre a viabilidade técnica

Rocha

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A minha amiga Maria Julia pelas conversas e desabafos ao longo deste processo A Marina pelo apoio, motivação e por ter vivido boa parte desse processo junto a mim e compartilhando as dificuldades e aprendizados.Ao meu amigo Décio pelas conversas, desabafos e alegrias adquiridas durante minha vida acadêmica.Aos técnicos e funcionários do Departamento de Química da FFCLRP por sempre serem solícitos e proativos quando precisei.Ao meu orientador Herenilton Oliveira por me ensinar mais do que química, mas sim valores que levarei para o resto da vida.Ao professor Paulo Olivi pela paciência no esclarecimento de dúvidas e por sempre ser uma voz conciliadora em meio ao caos.Agradeço a Heloisa Helena por me tomar como seu filho nos primeiros anos de vida e por se preocupar comigo do primeiro mês de vida até os dias atuais com o mesmo afinco e dedicação.Aos meus irmãos Priscila, Patrícia e Felipe pela vida que compartilhamos e pelo apoio que deram a minha mãe quando eu lhe faltei.Agradeço a minha avó Lourdes (in memorian) por ter sido a primeira mão calma que me afagou assim que nasci.Aos meus tios José Luís (in memorian) e Antônio (in memorian) pelos seus ensinamentos que se renovam a cada dia mesmo após sua partida.A Universidade de São Paulo por proporcionar os melhores anos da minha durante esta jornada. RESUMO:ROCHA, J.V.B.R. Desenvolvimento de eletrodos para sistemas de armazenamento de energia baseados em recursos minerais nacionais estratégicos: Aspectos sobre a viabilidade técnica,

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Studies of Crystallization Kinetics of Eu-doped Sodium Niobate Glass–Ceramics and Characterization of Its Microstructure, Thermal and Optical Properties

Chatterjee,

Mukherjee,

Molla

2024

Advances in Glass and Glass-Ceramics

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Achieving ultrafast discharge speed and excellent energy storage efficiency in environmentally friendly niobate-based glass ceramics

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Engineering Phase Separation in Niobate Glass through Ab Initio Molecular Dynamics for Enhanced Energy Storage Performance and Unprecedented Thermal Stability in Niobate-Based Glass Ceramics

Engineering Phase Separation in Niobate Glass through Ab Initio Molecular Dynamics for Enhanced Energy Storage Performance and Unprecedented Thermal Stability in Niobate-Based Glass Ceramics

Desenvolvimento de eletrodos para sistemas de armazenamento de energia baseados em recursos minerais nacionais estratégicos: aspectos sobre a viabilidade técnica

Studies of Crystallization Kinetics of Eu-doped Sodium Niobate Glass–Ceramics and Characterization of Its Microstructure, Thermal and Optical Properties

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