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Innovative dielektrische Materialien zur Energiespeicherung

Dielektrische Materialien mit hoher Energiedichte eignen sich aufgrund deren geringer Größe, deren leichtem Gewicht und deren ausgezeichneter Lade-Entlade-Effizienz ideal für die Energiespeicherung bei Hybridfahrzeugen und bei mobilen medizinischen Elektrogeräten. EU-finanzierte Wissenschaftler stellten künstlich neue Energiedichtematerialien zur Verwendung in energieintensiven Anwendungen her.
Innovative dielektrische Materialien zur Energiespeicherung
Kondensatoren speichern über die Polarisation dielektrischer Materialien in Gegenwart eines externen elektrischen Felds elektrische Energie. Dielektrische Materialien mit einer stark gesättigten Polarisation, einer geringen Restpolarisation und einer hohen elektrischen Entladung können große Mengen elektrischer Energie speichern und sind daher vielversprechende Kandidaten für Anwendungen im Bereich der Energiespeicherung. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts HIDSOM (High density energy storage materials) verwendeten Wissenschaftler vier Arten von Materialien, die Potenzial bezüglich gepulster Leistungssysteme zeigen: antiferroelektrisches Material, Glaskeramikmaterial, ferroelektrisches Relaxor-Material und polymerbasiertes ferroelektrisches Material.

Unterschiedliche Verfahren wie bspw. Glasaddition, chemische Dotierung, Spark-Plasma-Sintern (SPS) und Sintern durch Warmpressung wurden angewandt, um die Leistung der verschiedenen Materialsysteme zu verbessern.

Das Team fügte Kalknatronglas und Zinkoxid hinzu, um die Verdichtung und die Korngrenzenstärke des BST-Keramikmaterials zu verbessern. Die Porosität des Keramikmaterials wurde außerdem signifikant verringert, was zu Strukturen mit hoher Permittivität, einem starken Durchbruchfeld und verbesserten Korngrenzen führte.

Antiferroelektrisches Keramikmaterial mit einem hohen Schaltfeld ermöglichte eine verbesserte Energiespeicherung bei Anwendungen mit gepulster Energie. Es wurden mehrere lanthanumdotierte Keramik-Perowskit-Materialzusammensetzungen (PZST) untersucht. Unter Anwendung von Spark Plasma Sintern für den Formgebungsprozess erzielte das Team porenfreie und einheitliche Keramikstrukturen mit feinen Korngrößen.

Im Zuge des Projekts wurde darüber hinaus das Potenzial von AgNbO3 als vielversprechende bleifreie Verbindung für Energiespeicheranwendungen offenbar. Die Wissenschaftler verzeichneten in einer der Materialphasen eine doppelte Hystereseschleife. Dies ist ein typisches Merkmal antiferroelektrischer Materialien.

Das stabile und relaxorähnliche Verhalten von 0.88BT-0.12BMT-Keramikmaterial über einen breiten Betriebstemperaturbereich legt eine potenzielle Verwendung in Kondensatoren nahe.

Dielektrische Filme haben tendenziell eine größere dielektrische Stärke als dickere Proben desselben Materials. Dünne freistehende dielektrische Filme werden somit für eine bessere Energiespeicherung sorgen und Hybridfahrzeuge effizienter und zuverlässiger gestalten.

Verwandte Informationen

Schlüsselwörter

Dielektrische Materialien, Energiespeicherung, Hybridfahrzeuge, Kondensatoren, HIDSOM
Datensatznummer: 190870 / Zuletzt geändert am: 2017-01-17
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