SUPER-CAP - Streszczenie projektu
Konstrukcja ultrakondensatora z wykorzystaniem ceramiki bezołowiowej
Aktualności Konkurs TANGO Projekt bazowy Cele Opis Artykuły Konferencje Patenty Aktualny projekt Redakcja Cele Streszczenie Partnerzy Realizacja Faza K - Zadanie 1 Faza K - Zadanie 2 Faza K - Zadanie 3 Faza K - Zadanie 4 Technologia Metoda konwencjonalna Metoda zol-żel O portalu Redakcja Zadania i cele Dane kontaktowe Pomocne linki
Streszczenie projektu

W przedłożonym do oceny projekcie badawczym autorzy będą realizować dwa strategiczne cele. Pierwszym z nich jest realizacja praktyczna ultrakondensatora zbudowanego na bazie materiału ceramicznego BaTiO3 domieszkowanego lantanem oraz zbadanie jego charakterystyk pracy obejmujących wyznaczenie zakresów częstotliwościowych, nominalnego napięcia pracy, skalowalności i liniowości charakterystyk rozładowania oraz długoterminowych badań stabilności parametrów proponowanego rozwiązania. Cel ten będzie realizowany poprzez cele szczegółowe, a więc pracę nad dalszą poprawą charakterystyk dielektrycznych materiału oraz optymalizację technologii wytwarzania bezołowiowego ceramicznego materiału ferroelektrycznego charakteryzującego się niezwykle dużą przenikalnością elektryczną. Drugim strategicznym celem niniejszego projektu jest wykorzystanie uzyskanych w projekcie bazowym materiałów ceramicznych do aplikacji w układach mechatronicznych jako nowoczesnych sensorów termo i piezorezystywnych (czujniki siły, przemieszczenia i temperatury). Cel ten wynika ze szczegółowej analizy uzyskanych w projekcie bazowym rezultatów badań piezorezystywnych i termorezystywnych.

W ciągu ostatnich kilku lat, w ramach projektu bazowego, autorzy opracowali trudną technologię otrzymywania elektroceramiki Ba1-xLaxTi1-x/4O3 dla różnej koncentracji lantanu (0,1; 0,2; 0,3; 0,4 i 0,5mol.%) i zbadali wpływ warunków technologicznych (temperatury i czasu spiekania) oraz koncentracji La3+ na jego mikrostrukturę, strukturę krystaliczną, właściwości dielektryczne i elektryczne. Wytworzoną ceramikę poddano również badaniom termorezystywnym i piezorezystywnym W efekcie długotrwałych prób otrzymano ferroelektryczną ceramikę o wysokiej jakości, która charakteryzuje się ekstremalnie dużą wartością stałej dielektrycznej oraz powiązanym gigantycznym efektem termo- i piezorezystywnym - co znacznie poszerza gamę potencjalnych możliwości aplikacyjnych tego materiału. Wyniki badań przeprowadzonych w projekcie badawczym pt.: „Wpływ warunków otrzymywania i koncentracji La na termo- i piezorezystywne właściwości półprzewodnikowej ceramiki BaTiO3” wskazują, że domieszka lantanu w ilości 0,1–0,5mol.% powoduje znaczny wzrost przenikalności elektrycznej, co jest nierozerwalnie związane z tworzeniem się centrów donorowych w materiale bazowym BaTiO3 oraz kompensujących wakansów tlenowych. Tworzeniu się wakansów tlenowych sprzyja również wysoka temperatura finalnego spieku, która w przypadku omawianej ceramiki była rzędu 1350°C. Technologia otrzymywania ceramiki BLT o znacznej wartości przenikalności elektrycznej (równej 125000) stanowi przedmiot zastrzeżenia patentowego zgłoszonego w formie wniosku do Urzędu Patentowego Rzeczpospolitej Polskiej (nr zgłoszenia P.405305 z dnia 11.09.2013 r.). Omawiana ceramika może być użyta w produkcji ultrakondensatorów. Obecnie dostępne na rynku superkondensatory, charakteryzujące się niezwykle niskim napięciem pracy (nominalnie tylko 2-3V) i możliwością pracy tylko w stałym polu elektrycznym. Ich stosunkowo krótki czas życia oraz późniejsza utylizacja przysparza wielu problemów i nie sprzyja ochronie środowiska naturalnego. Do istotnych wad znanych ultrakondensatorów trzeba zaliczyć duży wykładniczy spadek napięcia wyjściowego podczas cyklu rozładowującego w związku z czym dla podniesienia efektywności wykorzystania energii, np. w układach rozruchowych samochodów hybrydowych, stosuje się kosztowne układy automatycznej regulacji napięcia. W związku z tym zastąpienie nietrwałego elektrolitu ceramiką wydaje się niezwykle korzystne, poszerza bowiem nie tylko dotychczasowe zakresy napięć ale wprowadza wartość dodaną polegającą na niepalności, nietoksyczności i możliwości pracy w wysokich i zmiennych polach elektrycznych. Sukcesem zakończonego grantu było zastrzeżenie praw autorskich do wytworzonego ultrakondensatora ceramicznego zgłoszone do Urzędu Patentowego Rzeczypospolitej Polskiej (nr zgłoszenia P.405306 z dnia 11.09.2013 r.). W świetle opisanych powyżej faktów zasadnym wydaje się prowadzenie dalszych badań nad poprawą właściwości dielektrycznych omawianej ceramiki. Dane literaturowe wskazują, że dalszą poprawę można uzyskać poprzez zastosowanie domieszek: Sm2O3, eO2, Nb2O5, MnO, Y2O3, WO3 – w ten sposób nakreśla się jeden z celów szczegółowych niniejszego projektu, a więc zbadanie wpływu dodatkowych domieszek ziem rzadkich pierwiastków grup przejściowych na właściwości dielektryczne i możliwości aplikacyjne materiału ceramicznego Ba1-xLaxTi1-x/4O3. Jak już wspomniano wcześniej ogromny wpływ na właściwości fizyczne ceramiki BLT mają defekty sieci krystalicznej. Dlatego tez stosownym jest przeprowadzenie kontrolowanego defektowania w warunkach ultrawysokiej próżni, jak i w dotleniającej atmosferze powietrza i zbadanie jego wpływu na właściwości fizyczne materiału i jego pozytywnego przełożenia na właściwości aplikacyjne – co stanowi kolejny cel szczegółowy projektu. W trakcie realizacji niniejszego projektu zostaną wyznaczone i skatalogowane parametry elektryczne otrzymanych ultrakondensatorów oraz sensorów piezo i termorezystywnych. Ponadto scharakteryzowana zostanie ich stabilność czasowa. Nie bez znaczenia na potencjalne wykorzystanie aplikacyjne będą miały również badania parametrów mechanicznych badanej.

Rezultaty powyższych badań zostaną wykorzystane do wytworzenia prototypowych serii ultrakondensatorów ceramicznych z materiału BLT we współpracy z jedną z kilku firm, które zgłosiły zainteresowanie wytwarzaniem omawianych ultrakondensatorów na skalę przemysłowa, jak również poszerzeniem asortymentu o superczułe termistory bazujące na omawianej ceramice.

ev 1.2.0.0 - kaptacz.pl