Materiales dieléctricos innovadores destinados al almacenamiento de energía
Los condensadores almacenan energía eléctrica mediante la polarización de materiales dieléctricos sometidos al efecto de un campo eléctrico exterior. Los materiales dieléctricos con un valor de saturación de la polarización elevado, una polarización remanente baja y una rigidez dieléctrica alta son capaces de almacenar grandes cantidades de energía eléctrica y son por lo tanto firmes candidatos para su uso en aplicaciones de almacenamiento energético. En el marco del proyecto HIDSOM (High density energy storage materials), financiado por la UE, un equipo de científicos investigó cuatro clases de materiales potencialmente aptos para sistemas de alimentación pulsantes: antiferroeléctricos, cerámicas vítreas, ferroeléctricos relaxores y ferroeléctricos a base de polímeros. Se emplearon diferentes técnicas, como la adición de vidrio, el dopado químico, la sinterización por chispa de plasma (SPS) y la sinterización por prensado en caliente, para aumentar los rendimientos de los diversos sistemas de materiales. El equipo añadió vidrio de sosa y cal junto con óxido de cinc a materiales cerámicos a base de BST (titanato de bario y estroncio) para aumentar la densificación y la resistencia en los bordes de grano. La porosidad de las cerámicas se redujo notablemente, con lo que se obtuvieron estructuras de permisividad elevada, rigidez dieléctrica alta y bordes de grano de mejores características. Las cerámicas antiferroeléctricas con campo de conmutación elevado permiten un almacenamiento energético mayor en aplicaciones de alimentación pulsante. Se estudiaron varias combinaciones de materiales cerámicos a base de perovskita (PZST) dopados con lantano. Mediante el empleo de la sinterización por chispa de plasma (SPS), el equipo elaboró estructuras cerámicas uniformes y exentas de poros con tamaños de grano finos. El estudio realizado con este proyecto puso también de relieve el potencial del AgNbO3 como compuesto cerámico sin plomo aplicable al almacenamiento energético. Los científicos constataron un bucle de histéresis doble en una de las fases del material, característica típica de los materiales antiferroeléctricos. El comportamiento estable y semejante al de un relaxor de las cerámicas 0.88BT-0.12BMT en una gama amplia de temperaturas de funcionamiento apunta a un posible uso en condensadores. Las películas dieléctricas tienden a exhibir una rigidez dieléctrica mayor que las muestras de mayor espesor del mismo material. Las películas dieléctricas delgadas autosustentadas proporcionarán así un almacenamiento mayor y aumentarán la eficiencia y fiabilidad de los vehículos híbridos.
Palabras clave
Materiales dieléctricos, almacenamiento de energía, vehículos híbridos, condensadores, HIDSOM
