FLAME - Fermi Level Engineering antiferroelektrischer Materialien für Energiespeicher und Isolatoren

Im LOEWE Schwerpunkt „FLAME – Fermi Level Engineering antiferroelektrischer Materialien für Energiespeicher und Isolatoren“ wird erforscht, wie sich die Eigenschaften von Funktionsmaterialien über deren elektronische Struktur gezielt veränderen lassen. Hierfür arbeiten zwölf Arbeitsgruppen aus den Fachbereichen Material- und Geowissenschaften, Chemie sowie Elektro- und Informationstechnik gemeinsam an der Entwicklung neuer bleifreier Antiferroelektrika für Energiespeichern und Isolatoren.

Antiferroelektrische Materialien ermöglichen die Konstruktion von Kondensatoren mit hoher Energie- und Leistungsdichte, welche in Wechselrichtern bei der Umwandlung von Gleichspannung zu Wechselspannung und umgekehrt in Elektroantrieben sowie bei der Stromerzeugung mit erneuerbaren Energien benötigt werden. Infolge ihrer feldabhängigen Permittivität können antiferroelektrische Materialen zusätzlich im Isolationssystem als Feldsteuerungsmaterial in Hochspannungsisolatoren eingesetzt werden.

Das wissenschaftliche Ziel des Fermi Level Engineering ist es, die Verständnislücke zwischen der elektronischen Struktur eines Materials zu seinen Eigenschaften zu schließen, um daraus Designprinzipien für neue Materialien mit gezielt eingestellter Funktion abzuleiten. Dementsprechend werden im Teilprojekt E: „Bauteile & Eigenschaften“ des LOEWE-Schwerpunkt „FLAME“ die spezifischen Eigenschaften von Kondensatoren mit antiferrelektrischem Dielektrikum charakterisiert. Außerdem werden Komposit-Isolatoren (antieferroelektrische Materialen in Epoxidharz/Silikon) hergestellt und charakterisiert. Dabei wird die Modellierung und Optimierung der elektrischen Feldverteilung in antiferroelektrischen Komposit-Isolatoren mittels FEM-Simulation unterstützt. Weiterhin wird die Langzeitstabilität dieser Komposit-Isolatoren und Kondensatoren mittels elektrothermischer Alterung untersucht.