Nuevas láminas delgadas cerámicas para mejorar el almacenamiento de energía
Existe una necesidad creciente de disponer de materiales para almacenar energía con alta densidad. Disponer de sistemas compactos, rentables y ecológicos permitirá explotar mejor las energías renovables en vehículos eléctricos híbridos, dispositivos electrónicos médicos móviles y unidades de alimentación auxiliares.Los condensadores almacenan energía mediante el almacenamiento físico de carga eléctrica sin necesidad de compuestos químicos tóxicos, con vidas útiles prolongadas y propiedades eléctricas excelentes. Tal vez sean la solución más prometedora para lograr un almacenamiento de energía eléctrica eficiente y ecológico, y fueron objeto del proyecto «High density energy storage materials» (HIDSOM), financiado por la Unión Europea. El objetivo era desarrollar materiales nuevos adecuados para usarlos en condensadores cerámicos multicapa.El equipo se centró en tres materiales cerámicos capacitivos y técnicas para mejorar la densidad de energía. La estructura de las fronteras de grano (GB) obtenida mediante sinterización de polvos cerámicos desempeña un papel crucial en la porosidad y, por consiguiente, en la densidad del material resultante. La incorporación de vidrio sódico-cálcico o de óxido de zinc a una cerámica bien conocida ((Ba1-xSrx)TiO3) mejoró la densificación, así como la resistencia mecánica y el campo de rotura de las fronteras de grano, a la vez que redujo la temperatura necesaria de sinterización asistida por plasma pulsado (SPS).Mediante el dopaje de otra cerámica (Pb(ZrxSnyTi1-x-y)O3) con lantano se obtuvo una estructura de grano fino, uniforme y sin poros, mediante parámetros de SPS optimizados. Los científicos también investigaron un miembro de una nueva clase de materiales denominados ferroeléctricos relaxores, el material sólido Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-BaTiO3. Se espera que presente comportamientos de transición de fase destacables y respuestas dieléctricas adecuadas para el almacenamiento de energía con alta densidad.Los investigadores también desarrollaron un modelo microestructural, un condensador de capa límite inversa (RBLC). Este desarrollo de RBLC se describe en un artículo(se abrirá en una nueva ventana) publicado en Journal of Applied Physics. En el RBLC, la frontera de grano tiene mayor conductividad eléctrica que el grano debido a la incorporación de los aditivos de vidrio, lo cual aumenta la cantidad máxima de energía que se puede almacenar. Las simulaciones apuntan hacia la posibilidad de poder mejorar la densidad de energía del RBLC frente a los composites aislantes normales en fase vítrea.HIDSOM demostró un mayor rendimiento de los nuevos materiales cerámicos y métodos de procesamiento para obtener condensadores cerámicos con multiláminas delgadas. Teniendo en cuenta la necesidad acuciante de obtener dispositivos avanzados de almacenamiento de energía para acelerar el desarrollo y la adopción de las fuentes de energía renovables, HIDSOM ha hecho una aportación importante con vistas a lograr nuevas aplicaciones, entre las cuales se encuentran los vehículos eléctricos híbridos y los dispositivos electrónicos médicos móviles.
