Cerâmicas ferroelétricas à base de BNT-BT para armazenamento de energia

Cerâmicas ferroelétricas à base de BNT-BT para armazenamento de energia

Alternative title Ferroelectric Ceramics based on BNT-BT for energy storage
Author Rocha, Yasmim da Silva Autor UNIFESP Google Scholar
Advisor Lente, Manuel Henrique Autor UNIFESP Google Scholar
Graduate program Não se aplica
Abstract A migração da matriz energética mundial para consumo de fontes renováveis é uma tendência atual. Esse fato vem impulsionado o desenvolvimento de dispositivos que armazenem energia, dentre eles os capacitores. Esse mercado é dominado por cerâmicas à base de chumbo, um elemento altamente tóxico para a saúde humana e ambiental. Com isso, diversas pesquisas têm sido feitas com o objetivo de desenvolver capacitores livres de chumbo que sejam equiparáveis aos produzidos com tal elemento. Os dielétricos à base de titanato de bário e bismuto estão entre os mais pesquisados. Além de não serem tóxicos, tais dielétricos são menos densos do que os à base de chumbo, o que colabora para a diminuição do peso nesses dispositivos. Realizando um cálculo J/kg, os capacitores à base de BNT-BT que apresentarem densidade de energia recuperável superior à 3.77 J/cm³ tornam-se mais efetivos do que os à base de chumbo. Sob essa perspectiva, foi realizada uma revisão bibliográfica das estratégias e resultados de cerâmicas (“bulk”) à base de Bi0,5Na0,5TiO3-BaTiO3 (BNT-BT) para aplicações em armazenamento de energia. Os trabalhos revisados envolveram cerâmicas sintetizadas pelo método de mistura de óxidos e sinterização convencional. Os dopantes utilizados para melhorias nas propriedades de armazenamento de energia de cerâmicas à base de BNT-6BT podem ser categorizados dentro de três grupos principais: metais alcalinos, alcalino-terrosos e terras-raras. O maior valor de densidade de energia recuperável foi 1.88 J/cm³ obtido com o dopante de metal alcalino-terroso, SrTiO3, e a maior eficiência foi com o dopante alcalino Na0.73Bi0.09NbO3, 92.5%. As estratégias empregadas que efetivamente contribuíram para a melhoria nos parâmetros de armazenamento de energia (densidade de energia recuperável, eficiência, estabilidade térmica, sob fadiga e sob diferentes frequências de carga-descarga) foram: introdução de vacâncias no sítio A, B, de oxigênio, indução ao comportamento relaxor-antiferroelétrico e redução do tamanho de grão. Tais estratégias e o modo de executá-las serão discutidas nesse trabalho de revisão bibliográfica.

The change of the world energy matrix from non-renewable sources to renewable ones is a current trend. This fact has driven the development of energy storage devices, including capacitors. This market is dominated by lead-based ceramics, a highly toxic element for the human health and environment, as well. Thus, several researches have been conducted to develop lead-free based-capacitors that are comparable to those produced with such an element. Dielectrics based on barium titanate and bismuth are the most investigated. In addition, such dielectrics are lighter than those based on lead, which contributes to the reduction of weight in these devices. Performing a J/kg calculation, capacitors based on BNT-BT presenting a recoverable energy density greater than 3.77 J/cm³ become more effective than those based on lead. From this perspective, the study of the strategies and results of ceramics ("bulk") based on Bi0,5Na0,5TiO3-BaTiO3 (BNT-BT) for energy storage applications is demanded. The reviewed works concerning ceramics synthesized by the method of mixing oxides and conventional sintering are presented. The dopants used to improve the energy storage properties of BNT-6BTbased ceramics can be categorized into three main groups: alkaline, alkaline-earth and rare-earth metals. The highest recoverable energy density value obtained was 1.88 J/cm³ with the alkalineearth metal dopant, SrTiO3, and the highest efficiency found was with the alkaline-dope Na0.73Bi0.09NbO3, 92.5%. The better strategies used that effectively contributed to the improvement in energy storage parameters (recoverable energy density, efficiency, thermal stability, under fatigue and under different load-discharge frequencies) were: introduction of vacancies at site A, B, vacancies of oxygen, induction of relaxor-antiferroelectric behavior and reduction of grain size. Such strategies and the way to execute them will be discussed in this bibliographic review.
Keywords Armazenamento de energia.
Cerâmicas ferroelétricas.
BNT-BT.
Cerâmica
xmlui.dri2xhtml.METS-1.0.item-coverage São José dos Campos
Language Portuguese
Sponsor Não recebi financiamento
Date 2021-02-22
Published in Rocha, Yasmim da Silva; Lente, Manuel Henrique. Cerâmicas ferroelétricas à base de BNT-BT para armazenamento de energia. Trabalho de Conclusão de Curso - Engenharia de Materiais. UNIFESP, 2021.
Research area Ferroelétricos para armazenamento de energia
Knowledge area Outra
Publisher Universidade Federal de São Paulo
Extent 61
Access rights Open access Open Access
Type Trabalho de conclusão de curso de graduação
URI https://repositorio.unifesp.br/handle/11600/60256

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Name: TCC 2 - Yasmim Rocha (1).pdf
Size: 943.7Kb
Format: PDF
Description: Trabalho de conclusão de curso
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