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May 20, 2023

エネルギー貯蔵デバイスのリラクサーを強化するアプローチ

2023 年 7 月 26 日の特集 この記事は、Science X の編集プロセスとポリシーに従ってレビューされました。 編集者は、コンテンツの内容を保証しながら、次の属性を強調しました。

2023年7月26日の特集

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イングリッド・ファデリ著、Tech Explore

リラクサー強誘電体は、強誘電特性と高い電歪 (つまり、電場に応答して収縮または変形する能力) を備えた材料です。 これらの材料を使用して、コンデンサなどの高効率のエネルギー貯蔵デバイスを作成できます。

コンデンサは、所定の距離を隔てた 2 本の導電体で構成される重要な電子部品です。 これらのコンポーネントは電荷を一時的に保存し、個々の集積回路 (IC) から伝わるノイズを低減し、電子機器の全体的なパフォーマンスを向上させることができます。

中国の清華大学およびその他の研究機関の研究者らは最近、エネルギー貯蔵装置用に効果的なリラクサー強誘電体を設計するための新しい戦略を導入しました。 Nature Energy で紹介された彼らの論文は、リラクサーの組成の局所的な不均一性を評価するために、いわゆる配置エントロピーを使用することを提案しています。

「リラクサー強誘電体は、高性能エネルギー貯蔵誘電体コンデンサの主な候補である」とBingbing Yang氏、Qinghua Zhang氏とその研究者らは論文で述べている。 「リラクサーの特性を調整する一般的なアプローチは、局所的な組成の不均一性を制御することですが、リラクサーの組成変動を定量的に評価する方法が不足しています。ここで、局所的な組成の不均一性を定量的に評価するための指標として、配置エントロピーを提案します。 」

最近のいくつかの研究では、単一の高エントロピー組成物を含むリラクサーを使用してコンデンサーのエネルギー貯蔵を改善することが試みられています。 研究の一環として、Yang、Zhang、および彼らの同僚は、リラクサー強誘電体の特徴とエントロピーの間の関連性をより深く調査することに着手しました。 彼らは、リラクサーのエントロピーが増加すると、局所的な不均一性が増加し、それが材料の特徴に影響を与えることを発見しました。

「我々の結果は、走査型透過電子顕微鏡により局所的な不均一性がエントロピーとともに増大し、それに応じてリラクサーの特徴が調節されることを明らかにした」とYang、Zhangらは論文に書いている。 「エントロピーを意図的に設計することで、Bi4Ti3O12 ベースの中エントロピー膜で最適な全体的なエネルギー貯蔵性能を達成し、80% を超える効率と 913 という高い性能指数を備えた 178.1 J cm-3 の高いエネルギー密度を特徴としています。 」

Yang、Zhang、および彼らの同僚によって収集された結果は、リラクサー強誘電体材料の特性がエントロピー、特に配置エントロピーに依存していることを示しています。 このエントロピーは、材料の組成を予測指標として使用して簡単に計算できます。