De nouvelles céramiques en couches minces pour un meilleur stockage de l'énergie
La demande ne cesse d'augmenter concernant les matériaux conçus pour le stockage d'énergie à haute densité. Les systèmes compacts, économiques et écologiques permettront une meilleure exploitation de l'énergie renouvelable dans les véhicules électriques hybrides, l'électronique médicale mobile et les générateurs auxiliaires.Les condensateurs emmagasinent l'énergie par un stockage physique de la charge électrique sans substances chimiques toxiques; ils ont d'excellentes propriétés électriques et durent longtemps. Ils sont peut-être la solution la plus prometteuse au stockage efficace et écologique de l'énergie électrique, et ont constitué le thème du projet HIDSOM («High density energy storage materials»), financé par l'UE. L'objectif était de développer de nouveaux matériaux adaptés à un usage dans des condensateurs céramiques multicouches sophistiqués.L'équipe s'est axée sur trois matériaux capacitifs en céramique et des techniques destinées à améliorer leur densité énergétique. La structure du joint de grain produite par frittage de poudres de céramique joue un rôle majeur dans la porosité et donc la densité du matériau en résultant. L'ajout de verre sodo-calcique ou d'oxyde de zinc à une céramique bien connue ((Ba1-xSrx)TiO3) a amélioré la densification, la force du joint de grain et le champ de la tension de claquage tout en réduisant la température requise pour le frittage par charge plasma (SPS).L'utilisation de lanthium comme agent de dopage d'un autre matériau céramique (Pb(ZrxSnyTi1-x-y)O3) a permis d'obtenir une structure du joint de grain à surface fine, uniforme et sans pores, avec des paramètres SPS optimisés. Les scientifiques ont également examiné un membre d'une nouvelle classe de matériaux appelés ferroélectriques relaxeurs (le matériau solide Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-BaTiO3). Il devrait faire preuve d'un comportement remarquable en transition de phase et d'une réponse diélectrique favorisant le stockage d'énergie à haute densité.Les chercheurs ont également développé un modèle micro-structurel, un condensateur inverseur à couche limite (RBLC). Le développement de ce RBLC est présenté dans un article(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) publié dans le Journal of Applied Physics. Dans le RBLC, le joint de grain a une conductivité électrique supérieure à celle du grain en raison de l'introduction d'additifs de verre; ce qui augmente la capacité maximale de stockage de l'énergie. La simulation a soutenu les améliorations apportées en densité énergétique du RBLC comparé aux composites isolants de la phase vitreuse.HIDSOM a démontré une performance améliorée des nouveaux matériaux céramiques et des méthodes de traitement pour les condensateurs céramiques multicouches minces. Étant donné le besoin pressant de dispositifs de stockage d'énergie sophistiqués en vue d'accélérer le développement et l'adoption des sources d'énergie renouvelable, HISDOM a apporté une contribution importante aux applications du futur, dont les véhicules électriques hybrides et l'électronique médicale mobile.
