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Des matériaux diélectriques innovants pour le stockage d'énergie

Les matériaux diélectriques à haute densité énergétique sont idéaux pour le stockage d'énergie dans les véhicules hybrides et l'électronique médicale mobile étant donné leur petite taille, leur légèreté et leur excellent rendement de charge/décharge. Des scientifiques financés par l'UE ont synthétisé de nouveaux matériaux denses en énergie à utiliser dans des applications à haute énergie.
Des matériaux diélectriques innovants pour le stockage d'énergie
Les condensateurs stockent l'énergie électrique par polarisation de matériaux diélectriques en présence d'un champ électrique externe. Les matériaux diélectriques à polarisation saturée élevée, faible polarisation restante et tension de claquage élevée peuvent stocker une grande quantité d'énergie électrique et sont ainsi des candidats prometteurs pour les applications de stockage d'énergie. Dans le cadre du projet HIDSOM (High density energy storage materials), financé par l'UE, des chercheurs ont étudié quatre types de matériaux qui présentent un potentiel pour les systèmes d'alimentation à impulsions: matériaux anti-ferroélectriques, vitrocéramiques, ferroélectriques relaxeurs et ferroélectriques à base de polymère.

Différentes techniques telles que l'ajout de verre, le dopage chimique, le frittage par plasma à étincelle (SPS) et le frittage par pressage à chaud ont été utilisées pour améliorer les performances des divers systèmes de matériaux.

L'équipe a ajouté du verre sodocalcique et de l'oxyde de zinc pour augmenter la densification et la force de bordure de grain des céramiques BST. La porosité des céramiques a également été réduite de manière considérable, aboutissant à des structures à haute permittivité, champ de claquage élevé et des bordures de grain améliorées.

Les céramiques anti-ferroélectriques à champ de commutation élevé permettent un stockage d'énergie amélioré dans les applications à alimentation par impulsions. Plusieurs compositions de matériau de pérovskite céramique (PZST) dopées au lanthane ont été étudiées. En utilisant le SPS pour le processus de formage, l'équipe a obtenu des structures céramiques sans pores et uniformes avec de petites tailles de grain.

L'étude du projet a également révélé le potentiel de l'AgNbO3 comme composé céramique sans plomb prometteur pour les applications de stockage d'énergie. Les chercheurs ont observé une double boucle d'hystérésis dans une des phases du matériau, ce qui constitue une caractéristique typique des matériaux anti-ferroélectriques.

Le comportement stable et de type relaxeur des céramiques 0.88BT-0.12BMT sur une large gamme de températures d'exploitation est une indication de son potentiel pour une utilisation dans des condensateurs.

Les films diélectriques tendent à présenter une plus grande force diélectrique que les échantillons plus épais du même matériau. Les films diélectriques minces autonomes permettront ainsi d'améliorer le stockage d'énergie, rendant les véhicules hybrides plus efficaces et fiables.

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Mots-clés

Matériaux diélectriques, stockage d'énergie, véhicules hybrides, condensateurs, HIDSOM
Numéro d'enregistrement: 190870 / Dernière mise à jour le: 2017-01-17