Energy harvesting using lead-free multilayer piezo stacks based on 0.95(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.05(BaTiO3) piezoceramics through the addition of ZrO2

Autores
Osinaga, Santiago Manuel; Difeo, Mauro César; Febbo, Mariano; Castro, Miriam Susana; Ramajo, Leandro Alfredo; Machado, Sebastián Pablo
Año de publicación
2024
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
This paper explores the feasibility of utilizing lead-free multilayer piezo stacks, particularly focusing on Zr-doped 0.95(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.05(BaTiO3) piezoceramics, for energy harvesting. Various lead-free BNT-BT disk samples with different Zr concentrations undergo structural, microstructural, and electrical characterizations. The results illustrate that Zr-doping improves piezoelectric constitutive parameters, notably at a 2.0 mol% concentration. Electromechanical tests were conducted on multilayer piezo stacks, involving variations in electric load, mechanical load, frequency, and number of stacked disks. These tests demonstrate the ability of the multilayer transducer to produce up to 1.5 V (peak) under particular conditions: a 250 Hz frequency, a 10 N mechanical load, and an open circuit electric load, utilizing a stack comprising 5 disks. Employing an analytical mathematical model, an effective of the system is determined, yielding values ranging from 588 to 625 pC/N for a stack composed of 5 disks. These findings highlight the considerable potential of lead-free multilayer piezo stacks in energy harvesting applications, offering crucial insights for the development of sustainable and eco-friendly energy solutions.
Fil: Osinaga, Santiago Manuel. Universidad Tecnologica Nacional. Facultad Regional Bahia Blanca. Grupo de Investigacion En Multifisica Aplicada. - Comision de Investigaciones Cientificas de la Provincia de Buenos Aires. Grupo de Investigacion En Multifisica Aplicada.; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Difeo, Mauro César. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentina
Fil: Febbo, Mariano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; Argentina
Fil: Castro, Miriam Susana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentina
Fil: Ramajo, Leandro Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentina
Fil: Machado, Sebastián Pablo. Universidad Tecnologica Nacional. Facultad Regional Bahia Blanca. Grupo de Investigacion En Multifisica Aplicada. - Comision de Investigaciones Cientificas de la Provincia de Buenos Aires. Grupo de Investigacion En Multifisica Aplicada.; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Materia
Lead–free piezoceramic
Energy harvesting
Multilayer piezo stack transducer
Zirconium doping
Lead–free piezoceramic
Nivel de accesibilidad
acceso embargado
Condiciones de uso
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Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
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Electromechanical tests were conducted on multilayer piezo stacks, involving variations in electric load, mechanical load, frequency, and number of stacked disks. These tests demonstrate the ability of the multilayer transducer to produce up to 1.5 V (peak) under particular conditions: a 250 Hz frequency, a 10 N mechanical load, and an open circuit electric load, utilizing a stack comprising 5 disks. Employing an analytical mathematical model, an effective of the system is determined, yielding values ranging from 588 to 625 pC/N for a stack composed of 5 disks. These findings highlight the considerable potential of lead-free multilayer piezo stacks in energy harvesting applications, offering crucial insights for the development of sustainable and eco-friendly energy solutions.Fil: Osinaga, Santiago Manuel. Universidad Tecnologica Nacional. Facultad Regional Bahia Blanca. Grupo de Investigacion En Multifisica Aplicada. - Comision de Investigaciones Cientificas de la Provincia de Buenos Aires. Grupo de Investigacion En Multifisica Aplicada.; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Difeo, Mauro César. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Febbo, Mariano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Castro, Miriam Susana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. 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