Un approccio per migliorare i rilassanti per i dispositivi di accumulo di energia

Aug 14, 2023

Funzionalità del 26 luglio 2023

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di Ingrid Fadelli, Tech Xplore

I ferroelettrici rilassanti sono materiali con proprietà ferroelettriche e elevata elettrostrizione (ovvero la capacità di contrarsi o deformarsi in risposta ai campi elettrici). Questi materiali possono essere utilizzati per creare dispositivi di accumulo di energia altamente efficienti, come i condensatori.

I condensatori sono componenti elettronici chiave composti da due conduttori elettrici con una determinata distanza tra loro. Questi componenti possono immagazzinare temporaneamente la carica elettrica, riducendo il rumore trasmesso dai singoli circuiti integrati (IC) e migliorando così le prestazioni complessive dell'elettronica.

I ricercatori della Tsinghua University e di altri istituti in Cina hanno recentemente introdotto una nuova strategia per progettare efficaci ferroelettrici rilassanti per i dispositivi di accumulo dell’energia. Il loro articolo, presentato su Nature Energy, suggerisce di utilizzare la cosiddetta entropia configurazionale per valutare la disomogeneità locale della composizione di un rilassante.

"I ferroelettrici Relaxor sono i principali candidati per i condensatori dielettrici di accumulo di energia ad alte prestazioni", hanno scritto Bingbing Yang, Qinghua Zhang e i loro ricercatori nel loro articolo. "Un approccio comune per mettere a punto le proprietà dei rilassanti è quello di regolare la disomogeneità compositiva locale, ma manca un modo di valutazione quantitativa per la fluttuazione compositiva nei rilassanti. Qui proponiamo l'entropia configurazionale come indice per la valutazione quantitativa della disomogeneità compositiva locale. "

Alcuni studi recenti hanno cercato di migliorare l'immagazzinamento di energia dei condensatori utilizzando rilassanti con un'unica composizione ad alta entropia. Come parte del loro studio, Yang, Zhang e i loro colleghi hanno deciso di esplorare il legame tra le caratteristiche dei ferroelettrici rilassanti e l’entropia in modo più approfondito. Hanno scoperto che all’aumentare dell’entropia dei rilassanti, aumenta la disomogeneità locale, che a sua volta influenza le caratteristiche dei materiali.

"I nostri risultati rivelano che la disomogeneità locale aumenta con l'entropia attraverso la microscopia elettronica a trasmissione e le caratteristiche dei rilassanti sono modulate di conseguenza", hanno scritto Yang, Zhang e i loro colleghi nel loro articolo. "Con la progettazione deliberata dell'entropia, otteniamo prestazioni complessive ottimali di accumulo di energia nei film a media entropia basati su Bi4Ti3O12, caratterizzati da un'elevata densità di energia di 178,1 J cm−3 con un'efficienza superiore all'80% e un'elevata cifra di merito di 913. "

I risultati raccolti da Yang, Zhang e dai loro colleghi dimostrano che le caratteristiche dei materiali ferroelettrici rilassanti dipendono dall'entropia, in particolare dall'entropia configurazionale. Questa entropia può essere facilmente calcolata utilizzando la composizione di un materiale come indice predittivo.