Spannungsinduzierte Einstellung von Phasengrenzen und Energiespeichereigenschaften in bleifreiem, antiferroelektrischem AgNbO3

• Antragsteller: Neamul Hayet Khansur, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 447864104

Elektrische Energiespeicher nehmen eine Schlüsselposition bei der Implementierung nachhaltiger Energiekonzepte ein, da sie eine effizientere Nutzung der elektrischen Energie aus erneuerbaren Energiequellen sowie in modernen Elektronikbauteilen ermöglichen. Um neue Anwendungsfelder zu erschließen herrschte in jüngster Vergangenheit das Bestreben, umweltfreundlichere, d.h. bleifreie Energiespeichermaterialien zu entwickeln, die sich durch hohe Energie- und Leistungsdichte auszeichnen. Elektrochemische und dielektrische Komponenten nehmen eine wichtige Position bei elektrischen Energiespeichern ein, dielektrische keramische Kondensatoren sind hierbei von besonderem Interesse, da sie kurze Ladezyklen (>1 µs) und eine hohe Leistungsdichte (W/cm³) aufweisen. Sie besitzen ein hohes Marktpotential für Anwendungen wie Pulsstromgeneratoren und Leistungselektronik, da dort hohe Spannungen und maximale potentielle Energiedichte (J/cm³) gefordert werden. In diesem Zusammenhang zeichnen sich nicht-lineare dielektrische Keramiken, wie z.B. antiferroelektrische Materialen aus. Die meisten dieser Materialien sind jedoch bleihaltig. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen eine hohe Energiedichte in dichtgesinterten AgNbO3 Keramiken, die vergleichbar ist mit der von Antiferroelektrika auf Bleibasis. Aufgrund der Schwierigkeit, phasenreine und dichte AgNbO3-Schichten zu erzeugen, konnte das volle Potential von AgNbO3 als Energiespeicher noch nicht ausgeschöpft werden. Weiterhin wurde der Einfluss mechanischer Spannungen auf temperaturabhängige Phasengrenzen sowohl in dichtgesintertem AgNbO3 als auch in Dickschichten hiervon noch nicht untersucht. Das Verständnis dieser durch ein äußeres Feld induzierter Phasenumwandlungen stellt einen bedeutenden Schritt dar, diese Materialien einer praktischen Anwendung zuzuführen und den Arbeitsbereich antiferroelektrischer Kondensatoren zu erweitern. Das Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung von AgNbO3 hinsichtlich der spannungsinduzierten Einstellung von Phasengrenzen und dessen Eigenschaften als Energiespeicher.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen