بررسی رفتار مواد فروالکتریک جدید عایقی و کاربرد آن‌ها در طراحی خازن‌های فشار قوی ذخیره‌ساز انرژی الکتریکی با تاکید بر باریم تیتانات

هدف از این مقاله طراحی خازن فشار قوی جدیدی می‌باشد که بین صفحات آن به‌جای استفاده از عایق های معمول از ماده‌ فروالکتریک باریم تیتانات که ضریب گذردهی نسبی بالایی دارد استفاده شده است. اهداف این پژوهش در واقع رسیدن به مدل کامل الکتریکی از مواد فروالکتریک، با تاکید بر ماده باریم تیتانات می‌باشد که وابستگی ضریب تلفات عایقی و عدد دی الکتریک نسبی در ارتباط با تغییرات دما و شدت میدان الکتریکی در این مدل شناخته شده باشد. چالش پیش رو این است که ضریب گذردهی نسبی ماده دی‌الکتریک ثابت نبوده و متغیر می‌باشد، همچنین حلقه هیسترزیسی وجود دارد که مشخصات عایقی نظیر ضریب گذردهی نسبی و ضریب تلفات عایقی در آن بر اساس دما تغییر می‌کند که در این مقاله با استفاده از روش اجزای محدود و بازسازی حلقه هیسترزیس واقعی ماده تلاش شده است این موضوع مهم، مورد نظر قرار گرفته و قابل حل باشد. انجام این پژوهش به امکان‌سنجی استفاده از این عایق ها در ساخت خازن های فشار قوی و چالش های پیش رو در این زمینه منجر می‌گردد. همچنین نتایج آن در امکان‌سنجی طراحی و ساخت خازن های فشار قوی و عایق های با ضرایب دی‌الکتریک بالا و شناخت چالش های پیش رو و پیشنهاد مناطق مناسب از لحاظ آب و هوایی (حداقل و حداکثر دما) جهت نصب خازن‌های مذکور، کارآمد می‌باشد.

Investigation of the Behavior of New Insulating Ferroelectric Materials and Their Application in the Design of High Pressure Capacitors for Electrical Energy Storage With Emphasis on Barium Titanate

This article presents a new method for high voltage capacitor design that utilizes barium titanate which has a high permittivity specification value, instead of common insulators. The main purpose is to define a full electrical model which considers the effects of temperature and electric field values on tanδ and permittivity calculations. The main challenge is that the dielectric constant varies during the process and a hysteresis loop exists in which the dielectric constant and dissipation factors change with temperature variations; a detailed analysis of which is presented in this article. This investigation also leads to realizing the application of new ferroelectric insulators in modern high voltage capacitors.