El agrupamiento químico local ha permitido el almacenamiento de energía de alta capacidad en relajadores libres de Pb

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Física de la materia condensada
• Química del estado sólido

Sus antecedentes:

• El desarrollo de materiales relajantes sin plomo con alta densidad de almacenamiento de energía (Wrec) y eficiencia de almacenamiento (η) es fundamental para las tecnologías avanzadas de energía pulsada.
• La heterogeneidad de composición local en los relajantes influye en la estructura polar, pero su impacto en el almacenamiento de energía a menudo se subestima.

Objetivo del estudio:

• Investigar el papel del agrupamiento químico local en la optimización de las propiedades de almacenamiento de energía de los relajantes basados en Bi$_{0.5}$Na$_{0.5}$TiO$_{3}$-BaTiO$_{3}$.
• Para lograr una alta densidad de almacenamiento de energía y eficiencia en materiales relajantes sin plomo.

Principales métodos:

• Utilizando la dispersión total de neutrones / rayos X combinada con el método inverso de Monte Carlo para crear un modelo atomístico en 3D.
• Empleando cálculos de la teoría funcional de la densidad para confirmar las predicciones estructurales.
• Caracterización de la estructura polar y el rendimiento de almacenamiento de energía bajo campos eléctricos altos.

Principales resultados:

• Se obtiene un Wrec excepcionalmente alto de 15,2 J cm3 y un η ultraalto del 91% en los relajantes diseñados.
• Identificación de agrupaciones a escala subnanométrica de Bi, Na y Ba, que albergan desplazamientos polares diferenciados.
• Se observó una mejora de la polarizabilidad de alto campo, una reducción de la histeresis, una alta resistencia a la descomposición y un aumento del campo η.

Conclusiones:

• El orden químico local tiene un impacto significativo en las características de polarización de los materiales relajantes.
• El diseño de agrupaciones químicas locales es una estrategia viable para lograr un rendimiento superior de almacenamiento de energía en relajantes sin plomo.
• Este enfoque ofrece una vía para el desarrollo de materiales avanzados para aplicaciones de energía pulsada.