Estudio de materiales antiferroeléctricos para aplicaciones en dispositivos electrocalóricos y capacitores de almacenamiento de energía

Yanela Mendez González, Aimé Peláiz Barranco, José de los Santos Guerra, Arbelio Pentón Madrigal, Francisco Calderón Piñar, Pierre Saint-Grégoire, Tongqing Yang

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Resumen

Introducción. En este trabajo se presentan las investigaciones realizadas sobre cerámicas antiferroeléctricas, en base a plomo y libres de plomo, como materiales con potencial para aplicaciones tecnológicas.
Objetivos. Los aportes más significativos al conocimiento científico, que avalan la novedad y actualidad de las investigaciones realizadas, son: i) Investigación de la influencia de la concentración de lantano en las propiedades estructurales, dieléctricas y ferroeléctricas de los sistemas (Pb1-xLax)(Zr0.95Ti0.05)1-x/4O3 y (Bi0.5Na0.5)0.92Ba0.08-3x/2LaxTiO 3 (x = 0, 1, 2 y 3 at%); ii) Estudio de la capacidad de almacenamiento de energía y el efecto electrocalórico en ambos sistemas; iii) Evaluación de las potencialidades de estas cerámicas para aplicaciones tecnológicas basadas en capacitores dieléctricos y dispositivos electrocalóricos.
Métodos. Las propiedades físicas de las cerámicas fueron estudiadas por DRX, espectroscopia Raman y un circuito del tipo Sawyer-Tower.
Resultados. La respuesta electrocalórica más alta fue alcanzada para las composiciones (Pb0.980La0.020)(Zr0.950Ti0.050)0.995O3 y (Bi0.5Na0.5)0.92Ba0.05La0.02TiO 3, siendo uno de las más altas reportadas en la literatura científica para sistemas cerámicos. Mientras que, la cerámica (Bi0.500Na0.500)0.920Ba 0.065La0.010TiO3 reveló las mejores propiedades de almacenamiento de energía.
Conclusiones. Estos resultados abren la posibilidad de desarrollar nuevos sistemas cerámicos para ser usados en tecnologías de enfriamiento de próxima generación, sin la utilización de gases de efecto invernadero, reemplazando la compresión de gas convencional. Además, la obtención de materiales libres de plomo con alta densidad de almacenamiento de energía tiene gran importancia para el desarrollo de dispositivos de energía limpia y renovable como los capacitores dieléctricos, brindando un valor ecológico adicional al considerar la protección del medio ambiente.

Palabras clave

materiales antiferroeléctricos; efecto electrocalórico; propiedades de almacenamiento de energía; lazos de histéresis; mediciones dieléctricas

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