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Forschung an neuen Antiferroelektrika zur Energiespeicherung

Forscher entdeckten kürzlich eine neue Klasse ternärer intermetallischer Systeme (allgemeine Formel: ABC) mit vorhersagbaren antiferroelektrischen Eigenschaften. In neuen experimentellen Setups wurden diese Eigenschaften nun analysiert, um die Einschränkungen herkömmlicher, zur Energiespeicherung verwendeter Materialien zu überwinden.
Forschung an neuen Antiferroelektrika zur Energiespeicherung
ABC-Verbindungen sind eine neue Klasse von Materialien, deren mutmaßliche antiferroelektrische Eigenschaften sich für die Energiespeicherung eignen. Da diese Materialien allerdings noch nicht hergestellt werden, ist das Wissen über ihre Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten noch sehr begrenzt.

Schwerpunkt des EU-finanzierten Projekts NAGCESA (Novel antiferroelectric glass-ceramics for energy storage applications) ist daher die Synthese und Charakterisierung von ABC-Verbindungen, um weitere Erkenntnisse über ihr Verhalten zu gewinnen.

Die experimentelle Analyse erfolgte hauptsächlich am System MgSrSi, einer ABC-Verbindung mit einer Modellstruktur, die Rückschlüsse auf ähnliche Materialien zulässt. Dabei kamen verschiedene Syntheseverfahren zur Herstellung von MgSrSi zum Einsatz. Als optimaler Syntheseweg wurde die mechanische Legierung ermittelt, die sich möglicherweise auch zur Herstellung weiterer ABC-Verbindungen eignet. Das Forscherteam untersuchte weiterhin in Ab-initio-Simulationen die Kristallstruktur, chemischen Bindungen, Schwingungseigenschaften und elektronische Bandenstruktur von MgSrSi.

Neben MgSrSi untersuchte NAGCESA auch andere Keramiken mit potenziell antiferroelektrischen Eigenschaften wie SrSnO3, SrZrO3, CaGeO3 and MgGeO3, allerdings stellte sich heraus, dass sich diese Materialien wie lineare Dielektrika verhalten und daher für die Energiespeicherung sind. Aufgrund ihrer niedrigen dielektrischen Dielektrizitätskonstante und niedriger Verluste könnten sie sich aber für Mikrowellenanwendungen eignen.

NAGCESA entwickelte damit vor allem einen machbaren Syntheseweg für ABC-Substanzen und enthüllte, wie sich Verarbeitungsbedingungen auf Phasen und Mikrostrukturen der untersuchten Oxidsysteme auswirken. Schließlich etablierte das Projekt an einer europäischen Universität ein neues Forschungsfeld in der Elektrokeramik.

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Schlüsselwörter

Energiespeicherung, ABC-Verbindungen, NAGCESA, MgSrSi, Elektrokeramik
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