Un equipo liderado por Sandia ha desarrollado una forma de hacer un material magnético que podría conducir a transformadores de alta frecuencia más ligeros y más pequeños, más baratos y con mejor rendimiento, necesarios para sistemas de almacenamiento de energía más flexibles y la adopción generalizada de energía renovable.
El trabajo es parte de una cartera más amplia e integrada de proyectos financiados por el Programa de Almacenamiento de Energía del Departamento de Energía DOE en la Oficina de Entrega de Electricidad y Fiabilidad Energética.
El almacenamiento de energía transportable y los sistemas de conversión de energía, que pueden caber dentro de un solo semirremolque, podrían hacer que sea rentable instalar rápidamente sistemas de energía solar, eólica y geotérmica, incluso en las ubicaciones más remotas.
"Tales sistemas modulares podrían implementarse rápidamente en múltiples sitios con mucho menos tiempo de ensamblaje y validación", dijo el investigador de Sandia Todd Monson del Departamento de Ciencias a Nanoescala, quien dirigió el equipo con Stan Atcitty del Departamento de Tecnología y Sistemas de Almacenamiento de Energía de Sandia.
Sandia fabrica polvos de nitruro de hierro γ'-Fe4N mediante molienda de bolas de polvos de hierro en nitrógeno líquido y luego en amoníaco. Los polvos de nitruro de hierro se consolidan a través de una técnica de sinterización asistida por campo a baja temperatura FAST que forma un sólidomaterial de polvos sueltos mediante la aplicación de calor y, a veces, presión.
El método de fabricación RÁPIDO permite la creación de núcleos de transformadores a partir de materias primas en minutos, sin descomponer los nitruros de hierro requeridos, como podría suceder a las temperaturas más altas utilizadas en la sinterización convencional. Anteriormente, la fase γ 'del nitruro de hierro solo ha sidosintetizado en forma de película delgada en entornos de alto vacío o como inclusiones en otros materiales, y nunca integrado en un dispositivo real.
Monson dijo que usar este método podría hacer transformadores hasta 10 veces más pequeños de lo que son actualmente.
No se requiere mecanizado
"FAST permite la conformación en red de las piezas, lo que significa que los polvos de nitruro de hierro se pueden sinterizar directamente en piezas de tamaño perfecto, como núcleos de transformadores, que no requieren ningún mecanizado", dijo Monson.
Debido a sus propiedades magnéticas, los transformadores de nitruro de hierro se pueden hacer mucho más compactos y livianos que los transformadores tradicionales, con una mejor capacidad de manejo de potencia y una mayor eficiencia. Solo requerirán refrigeración por aire, otro importante ahorrador de espacio. El nitruro de hierro también podría servircomo material de núcleo de transformador más robusto y de alto rendimiento en toda la red eléctrica del país.
Hasta ahora, Monson y sus colegas han demostrado la fabricación de núcleos de transformadores de nitruro de hierro con buenas características físicas y magnéticas y ahora están refinando su proceso y preparándose para probar los transformadores en bancos de prueba de conversión de potencia.
"Los materiales magnéticos avanzados son críticos para los sistemas de conversión de energía de próxima generación que usan convertidores enlazados de alta frecuencia, y pueden complementar los esfuerzos de Sandia en materiales de dispositivos de banda ancha ultra ancha para sistemas electrónicos de potencia mejorados. Pueden soportar frecuencias más altas y temperaturas más altas,que finalmente resultan en diseños de alta densidad de potencia ", dijo Atcitty.
Monson, Atcitty y su equipo se basaron en la experiencia de Sandia en electrónica de potencia y materiales magnéticos en fuertes colaboraciones con investigadores de la Universidad de California, Irvine y la Universidad Estatal de Arizona, quienes ayudaron con el procesamiento de materiales y el modelado a nivel de sistemas.
Los miembros del equipo de Sandia y UC Irvine han presentado una solicitud de patente para el proceso de síntesis de materiales.
"La electrónica de potencia representa un factor de costo sustancial en un sistema efectivo de almacenamiento de energía", dijo Imre Gyuk, gerente del programa de Almacenamiento de Energía en la Oficina de Entrega de Electricidad y Fiabilidad de Energía del DOE.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Sandia National Laboratories . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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