(Phys.org)—L'un des plus grands défis de la production d'énergie à partir de sources renouvelables est de trouver un moyen de stocker l'énergie continuellement fluctuante produite. Piles, supercondensateurs, et la plupart des autres technologies de stockage d'énergie ne peuvent généralement pas répondre assez rapidement aux fluctuations seconde par seconde inhérentes aux sources d'énergie éolienne et solaire. Un appareil qui a une réponse suffisamment rapide est les condensateurs électrostatiques, mais leur inconvénient est leur faible densité énergétique - ils ne peuvent tout simplement pas stocker beaucoup d'énergie dans un volume donné.

En s'attaquant à ce problème, des chercheurs dans une nouvelle étude ont montré dans des simulations que les matériaux antiferroélectriques à base de bismuth peuvent potentiellement présenter des densités d'énergie très élevées (150 J/cm ³ ), ce qui en fait un matériau candidat prometteur pour les condensateurs électrostatiques. Les résultats indiquent la possibilité d'une haute performance, dispositif de stockage d'énergie respectueux de l'environnement pour les sources d'énergie renouvelables.

Les chercheurs, Bin Xu et Laurent Bellaiche à l'Université de l'Arkansas, et Jorge ñiguez au Luxembourg Institute of Science and Technology, ont publié un article sur leur enquête sur les antiferroélectriques pour le stockage d'énergie dans un récent numéro de Communication Nature .

« Nous prédisons que la ferrite de bismuth substituée par des terres rares est un système très prometteur pour le stockage d'énergie à haute puissance en raison de ses densités d'énergie élevées et de son bon rendement, ainsi que ses flexibilités de réglage, " Xu a dit Phys.org . « Le modèle que nous avons développé relie les propriétés de stockage aux propriétés énergétiques fondamentales, ce qui pourrait conduire à la découverte de nouveaux matériaux de stockage basés sur les antiferroélectriques. »

La principale caractéristique des matériaux antiferroélectriques est que leurs dipôles électriques adjacents pointent dans des directions opposées, qui s'annulent et entraînent une polarisation nette nulle. Par conséquent, les matériaux deviennent ferroélectriques sous l'application d'un champ électrique suffisamment important. Ces propriétés électriques peuvent être facilement ajustées en contrôlant une variété de paramètres.

Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont profité de cette accordabilité pour augmenter la densité énergétique et l'efficacité d'un composé antiferroélectrique sans plomb particulier (BiFeO substitué par des terres rares 3 ). En changeant l'orientation du champ électrique et la composition des terres rares, les chercheurs ont prédit le potentiel d'une densité d'énergie très élevée et d'un rendement élevé. Ils s'attendent à ce que le réglage d'autres paramètres, tels que la souche ou l'ajout d'autres dopants de terres rares, peut encore améliorer ces propriétés.

Les simulations ont également permis aux chercheurs de développer un modèle pour expliquer le lien entre la densité d'énergie et les paramètres réglables étudiés ici. Ce modèle devrait également fournir des orientations pour le développement de condensateurs antiferroélectriques à l'avenir. Les chercheurs espèrent que ces résultats théoriques motiveront les efforts pour démontrer expérimentalement des matériaux antiferroélectriques à haute densité d'énergie.

"Avec le modèle, nous nous intéressons à l'évaluation des propriétés de stockage des antiferroélectriques connus et hypothétiques via des calculs de premiers principes à haut débit, " a déclaré Bellaiche. " Les candidats prometteurs seront examinés plus avant, en collaboration avec des expérimentateurs et d'autres théoriciens."

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