Opis projektu
Cienkowarstwowy materiał do magazynowania energii na potrzeby czujników IoT
Wraz ze wzrostem liczby urządzeń internetu rzeczy na świecie coraz ważniejsze staje się zagadnienie magazynowania energii. Autonomiczne czujniki wymagają akumulatorów zapewniających bardzo dużą gęstość energii, wysokie napięcie i długą żywotność. Choć współczesne akumulatory charakteryzują się wysoką pojemnością, ich szybkie ładowanie i rozładowywanie nastręcza wielu trudności. Z kolei kondensatory mogą oddawać zgromadzoną energię znacznie szybciej, jednak charakteryzują się znacznie niższą gęstością energii. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu CITRES zamierza podjąć próbę połączenia tego co najlepsze z obu rozwiązań. Naukowcy zamierzają wprowadzać defekty w cienkich warstwach materiału nazwanego relaksorem ferroelektrycznym. Tworzenie cienkich warstw relaksorów zwiększa wytrzymałość na przebicie dielektryczne. Wysoką gęstość energii w takim materiale można osiągnąć poprzez maksymalizację polaryzacji i minimalizację prądów upływu.
Cel
The goal of CITRES is to provide new energy storage devices with high power and energy density by developing novel multilayer ceramic capacitors (MLCCs) based on relaxor thin films (RTF).
Energy storage units for energy autonomous sensor systems for the Internet of Things (IoT) must possess high power and energy density to allow quick charge/recharge and long-time energy supply. Current energy storage devices cannot meet those demands: Batteries have large capacity but long charging/discharging times due to slow chemical reactions and ion diffusion. Ceramic dielectric capacitors – being based on ionic and electronic polarisation mechanisms – can deliver and take up power quickly, but store much less energy due to low dielectric breakdown strength (DBS), high losses, and leakage currents.
RTF are ideal candidates: (i) Thin film processing allows obtaining low porosity and defects, thus enhancing the DBS; (ii) slim polarisation hysteresis loops, intrinsic to relaxors, allow reducing the losses. High energy density can be achieved in RTF by maximising the polarisation and minimising the leakage currents. Both aspects are controlled by the amount, type and local distribution of chemical substituents in the RTF lattice, whereas the latter depends also on the chemistry of the electrode metal.
In CITRES, we will identify the influence of substituents on electric polarisation from atomic to macroscopic scale by combining multiscale atomistic modelling with advanced structural, chemical and electrical characterizations on several length scales both in the RTF bulk and at interfaces with various electrodes. This will allow for the first time the design of energy storage properties of RTF by chemical substitution and electrode selection.
The ground-breaking nature of CITRES resides in the design and realisation of RTF-based dielectric MLCCs with better energy storage performances than supercapacitors and batteries, thus enabling energy autonomy for IoT sensor systems.
Dziedzina nauki
- natural sciencescomputer and information sciencesinternetinternet of things
- engineering and technologymaterials engineeringcoating and films
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringsensors
- engineering and technologymaterials engineeringceramics
- natural scienceschemical sciences
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-COG - Consolidator GrantInstytucja przyjmująca
8010 Graz
Austria