에너지 저장 장치의 이완기를 향상시키는 접근 방식

Aug 14, 2023

2023년 7월 26일 특집

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작성자: Ingrid Fadelli, Tech Xplore

완화형 강유전체는 강유전성 특성과 높은 전기 변형(즉, 전기장에 반응하여 수축하거나 변형하는 능력)을 갖는 재료입니다. 이러한 재료는 커패시터와 같은 고효율 에너지 저장 장치를 만드는 데 사용될 수 있습니다.

커패시터는 일정한 거리를 두고 있는 두 개의 전기 도체로 구성된 핵심 전자 부품입니다. 이러한 구성 요소는 일시적으로 전하를 저장하여 개별 집적 회로(IC)에서 전달되는 잡음을 줄여 전자 장치의 전반적인 성능을 향상시킬 수 있습니다.

칭화대학교와 중국의 다른 연구소 연구원들은 최근 에너지 저장 장치용 효과적인 이완 강유전체를 설계하기 위한 새로운 전략을 도입했습니다. Nature Energy에 소개된 그들의 논문은 이완기 구성의 국지적 불균일성을 평가하기 위해 소위 구성 엔트로피를 사용할 것을 제안합니다.

"Relaxor 강유전체는 고성능 에너지 저장 유전체 커패시터의 주요 후보입니다."라고 Bingbing Yang, Qinghua Zhang 및 연구원들은 논문에서 썼습니다. "릴랙서 특성을 조정하는 일반적인 접근 방식은 국부적 구성 불균일성을 조절하는 것입니다. 그러나 릴랙서의 구성 변동에 대한 정량적 평가 방법이 부족합니다. 여기서 우리는 국부적 구성 불균일성의 정량적 평가를 위한 지표로 구성 엔트로피를 제안합니다. "

최근 일부 연구에서는 단일 고엔트로피 구성의 이완기를 사용하여 커패시터의 에너지 저장을 개선하려고 시도했습니다. 연구의 일환으로 Yang, Zhang 및 동료들은 이완형 강유전체의 특징과 엔트로피 사이의 연관성을 더 깊이 탐구하기 시작했습니다. 그들은 이완체의 엔트로피가 증가함에 따라 국부적 불균질성이 증가하고 이는 결국 재료의 특성에 영향을 미친다는 것을 발견했습니다.

"우리의 결과는 주사 투과 전자 현미경을 통해 엔트로피가 증가함에 따라 국소적 불균질성이 증가하고 완화 기능이 그에 따라 조절된다는 것을 보여줍니다"라고 Yang, Zhang 및 동료들은 논문에서 썼습니다. "의도적인 엔트로피 설계를 통해 우리는 Bi4Ti3O12 기반 중간 엔트로피 필름에서 최적의 전체 에너지 저장 성능을 달성했으며, 이는 178.1 J cm−3의 높은 에너지 밀도와 80%를 초과하는 효율 및 913의 높은 성능 지수를 특징으로 합니다. "

Yang, Zhang 및 동료들이 수집한 결과는 이완기 강유전성 재료의 특징이 엔트로피, 특히 구성 엔트로피에 의존한다는 것을 보여줍니다. 이 엔트로피는 재료의 구성을 예측 지수로 사용하여 쉽게 계산할 수 있습니다.