Une approche pour améliorer les relaxants pour les dispositifs de stockage d'énergie

Aug 14, 2023

Article du 26 juillet 2023

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par Ingrid Fadelli , Tech Xplore

Les ferroélectriques relaxor sont des matériaux dotés de propriétés ferroélectriques et d'une électrostriction élevée (c'est-à-dire la capacité de se contracter ou de se déformer en réponse à des champs électriques). Ces matériaux peuvent être utilisés pour créer des dispositifs de stockage d’énergie très efficaces, tels que des condensateurs.

Les condensateurs sont des composants électroniques clés composés de deux conducteurs électriques espacés d’une distance donnée. Ces composants peuvent stocker temporairement une charge électrique, réduisant ainsi le bruit transmis par les circuits intégrés (CI) individuels et améliorant ainsi les performances globales de l'électronique.

Des chercheurs de l’Université Tsinghua et d’autres instituts en Chine ont récemment introduit une nouvelle stratégie visant à concevoir des ferroélectriques relaxants efficaces pour les dispositifs de stockage d’énergie. Leur article, présenté dans Nature Energy, suggère d'utiliser une entropie configurationnelle pour évaluer l'inhomogénéité locale de la composition d'un relaxant.

"Les ferroélectriques Relaxor sont les principaux candidats pour les condensateurs diélectriques de stockage d'énergie haute performance", ont écrit Bingbing Yang, Qinghua Zhang et leurs chercheurs dans leur article. "Une approche courante pour régler les propriétés des relaxants consiste à réguler l'inhomogénéité de la composition locale, mais il manque un moyen d'évaluation quantitative des fluctuations de la composition des relaxants. Nous proposons ici l'entropie configurationnelle comme indice pour l'évaluation quantitative de l'inhomogénéité de la composition locale. "

Certaines études récentes ont tenté d'améliorer le stockage d'énergie des condensateurs en utilisant des relaxeurs avec une seule composition à haute entropie. Dans le cadre de leur étude, Yang, Zhang et leurs collègues ont entrepris d'explorer plus en profondeur le lien entre les caractéristiques des ferroélectriques relaxeurs et l'entropie. Ils ont constaté qu’à mesure que l’entropie des relaxants augmente, l’inhomogénéité locale augmente, ce qui affecte à son tour les caractéristiques des matériaux.

"Nos résultats révèlent que l'inhomogénéité locale augmente avec l'entropie via la microscopie électronique à transmission par balayage, et que les caractéristiques du relaxeur sont modulées en conséquence", ont écrit Yang, Zhang et leurs collègues dans leur article. "Grâce à la conception délibérée de l'entropie, nous obtenons des performances globales optimales de stockage d'énergie dans des films à entropie moyenne à base de Bi4Ti3O12, présentant une densité d'énergie élevée de 178,1 J cm−3 avec une efficacité supérieure à 80 % et un facteur de mérite élevé de 913. "

Les résultats rassemblés par Yang, Zhang et leurs collègues démontrent que les caractéristiques des matériaux ferroélectriques relaxeurs dépendent de l'entropie, en particulier de l'entropie configurationnelle. Cette entropie peut facilement être calculée en utilisant les compositions d'un matériau comme indice prédictif.