Un enfoque para mejorar los relajantes para dispositivos de almacenamiento de energía.

Aug 14, 2023

Característica del 26 de julio de 2023

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por Ingrid Fadelli, Tech Xplore

Los ferroeléctricos relajantes son materiales con propiedades ferroeléctricas y alta electroestricción (es decir, la capacidad de contraerse o deformarse en respuesta a campos eléctricos). Estos materiales se pueden utilizar para crear dispositivos de almacenamiento de energía altamente eficientes, como los condensadores.

Los condensadores son componentes electrónicos clave compuestos por dos conductores eléctricos con una distancia determinada entre ellos. Estos componentes pueden almacenar temporalmente carga eléctrica, reduciendo el ruido transmitido por los circuitos integrados (CI) individuales y mejorando así el rendimiento general de la electrónica.

Investigadores de la Universidad de Tsinghua y otros institutos de China introdujeron recientemente una nueva estrategia para diseñar ferroeléctricos relajantes eficaces para dispositivos de almacenamiento de energía. Su artículo, presentado en Nature Energy, sugiere utilizar la llamada entropía configuracional para evaluar la falta de homogeneidad local de la composición de un relajante.

"Los ferroeléctricos relajantes son los principales candidatos para los condensadores dieléctricos de almacenamiento de energía de alto rendimiento", escribieron Bingbing Yang, Qinghua Zhang y sus investigadores en su artículo. "Un enfoque común para ajustar las propiedades de los relajantes es regular la falta de homogeneidad de la composición local, pero falta una forma de evaluación cuantitativa para la fluctuación de la composición de los relajantes. Aquí proponemos la entropía configuracional como un índice para la evaluación cuantitativa de la falta de homogeneidad de la composición local. "

Algunos estudios recientes han intentado mejorar el almacenamiento de energía de los condensadores utilizando relajantes con una única composición de alta entropía. Como parte de su estudio, Yang, Zhang y sus colegas se propusieron explorar con mayor profundidad el vínculo entre las características de los ferroeléctricos relajantes y la entropía. Descubrieron que a medida que aumenta la entropía de los relajantes, aumenta la falta de homogeneidad local, lo que a su vez afecta las características de los materiales.

"Nuestros resultados revelan que la falta de homogeneidad local aumenta con la entropía mediante microscopía electrónica de transmisión de barrido y, en consecuencia, las características del relajante se modulan", escribieron Yang, Zhang y sus colegas en su artículo. "Con el diseño deliberado de la entropía, logramos un rendimiento general óptimo de almacenamiento de energía en películas de entropía media basadas en Bi4Ti3O12, con una alta densidad de energía de 178,1 J cm-3 con una eficiencia superior al 80% y una alta cifra de mérito de 913. "

Los resultados recopilados por Yang, Zhang y sus colegas demuestran que las características de los materiales ferroeléctricos relajantes dependen de la entropía, particularmente de la entropía configuracional. Esta entropía se puede calcular fácilmente utilizando las composiciones de un material como índice predictivo.

Este reciente estudio revela así una nueva vía para desarrollar relajantes que podrían mejorar el rendimiento de los condensadores y otros dispositivos de almacenamiento de energía. Las evaluaciones iniciales del equipo fueron muy prometedoras, ya que utilizaron su enfoque para diseñar películas relajantes que luego podrían usar para crear un condensador de alto rendimiento.

"Utilizando películas de entropía media como capas dieléctricas, demostramos un prototipo de condensador de película multicapa que supera a los condensadores cerámicos multicapa convencionales", escribieron Yang, Zhang y sus colegas.

En el futuro, el trabajo de este equipo de investigadores podría contribuir al diseño de nuevos relajantes ferroeléctricos con propiedades ventajosas. Estos materiales, a su vez, podrían utilizarse para crear mejores condensadores, contribuyendo al desarrollo de dispositivos electrónicos de próxima generación.

Más información: Bingbing Yang et al, Ingeniería de relajantes por entropía para un alto rendimiento de almacenamiento de energía, Nature Energy (2023). DOI: 10.1038/s41560-023-01300-0

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