Nowatorska cienkowarstwowa ceramika dla usprawnienia przechowywania energii
Zapotrzebowanie na materiały przechowujące energię o wysokiej gęstości rośnie. Kompaktowe, oszczędne i przyjazne środowisku systemu pozwolą na lepsze wykorzystanie energii odnawialnych w hybrydowych pojazdach elektrycznych, przenośnych, elektronicznych urządzeniach medycznych i pomocniczych źródłach zasilania. Kondensatory przechowują energię na zasadzie fizycznego magazynowania ładunku elektrycznego przy wykorzystaniu nietoksycznych związków chemicznych, mają długą żywotność i doskonałe właściwości elektryczne. Są one najprawdopodobniej najbardziej obiecującym rozwiązaniem dla efektywnego i ekologicznego przechowywania energii elektrycznej, i były przedmiotem prac w ramach finansowanego przez UE projektu "High density energy storage materials" (HIDSOM) . Jego celem było opracowanie nowatorskich materiałów odpowiednich do zastosowania w zaawansowanych, wielowarstwowych kondensatorach ceramicznych. Zespół skupił się na trzech pojemnościowych materiałach ceramicznych oraz na technikach zwiększających ich gęstość energetyczną. Struktura granicy ziarna wytworzona za pomocą spiekania proszku ceramicznego odgrywa integralną rolę w porowatości i co za tym idzie gęstości otrzymanego materiału. Dodanie szkła sodowo-wapniowego lub tlenku cynku do dobrze znanej ceramiki ((Ba1-xSrx)TiO3) zwiększyło zagęszczenie, siłę i pole załamania granicy ziarna przy jednoczesnym obniżeniu wymaganej temperatury iskrowego spiekania plazmowego. Domieszkowanie lantanowcami innej ceramiki (Pb(ZrxSnyTi1-x-y)O3) pozwala na stworzenie bezporowej, jednorodnej, drobnoziarnistej struktury przy wykorzystaniu zoptymalizowanych parametrów iskrowego spiekania plazmowego. Naukowcy zbadali też jeden z materiałów nowej klasy, nazywany relaksorem ferroelektrycznym (materiał stały Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-BaTiO3). Oczekuje się, że ma on niezwykłe właściwości przejścia fazowego i sprawność dielektryczną wspomagające przechowywanie energii o wysokiej gęstości. Naukowcy opracowali też model mikrostrukturalny, kondensator RBLC. Prace nad budową kondensatora RBLC zostały opisane w artykule(odnośnik otworzy się w nowym oknie) na łamach czasopisma Journal of Applied Physics. W kondensatorze RBLC granica ziarna charakteryzuje się wyższym przewodnictwem elektrycznym, co osiągnięto dzięki wykorzystaniu domieszek szkła, zwiększając maksymalną możliwą ilość energii do przechowania. Symulacje potwierdziły usprawnienia dotyczące gęstości energii kondensatora RBLC w porównaniu z tradycyjnymi, izolacyjnymi kompozytami z faz szkła. Projekt HIDSOM wykazał zwiększoną wydajność nowatorskich materiałów ceramicznych i metody formowania cienkich, wielowarstwowych kondensatorów ceramicznych. Mając na względzie rosnące zapotrzebowanie na zaawansowane urządzenia przechowujące energię potrzebne do przyspieszenia rozwoju i wdrażania odnawialnych źródeł energii, projekt HIDSOM dokonał istotnego wkładu w przyszłe ich zastosowania, co odnosi się też do hybrydowych pojazdów elektrycznych i elektronicznych urządzeń medycznych.
