Óxidos ferroeléctricos ecológicos para aplicaciones en energía

La creciente demanda global de tecnologías sostenibles ha impulsado el desarrollo de nuevos materiales funcionales capaces de responder a los retos energéticos y medioambientales actuales. En este contexto, los materiales ferroeléctricos han cobrado especial relevancia debido a su capacidad multifuncional, lo que los ha convertido en candidatos prometedores para aplicaciones en almacenamiento de energía, actuadores, sensores y sistemas de refrigeración en estado sólido. Entre ellos, el titanato de bario (BaTiO₃) destaca por ser uno de los materiales más estudiados debido a su comportamiento ferroeléctrico a temperatura ambiente, su bajo coste, su facilidad de síntesis y, especialmente, por estar libre de plomo, lo cual responde a la creciente necesidad de reducir el uso de materiales tóxicos en dispositivos electrónicos. Las propiedades del BaTiO₃ puro pueden ser mejoradas mediante la introducción de dopantes, como el estaño (Sn), que permiten modificar la estructura cristalina, ampliar la región de coexistencia de fases y optimizar el comportamiento funcional del material. Diversos estudios han mostrado que la sustitución parcial del Ti⁴⁺ por Sn⁴⁺ en la red perovskita del BaTiO₃ mejora la respuesta funcional del sistema, potenciando algunas aplicaciones. Por ello, el sistema BaTi_1-xSn_xO₃ representa una plataforma interesante para el desarrollo de materiales cerámicos avanzados con aplicaciones en el almacenamiento eficiente de energía eléctrica y en tecnologías limpias de refrigeración sin componentes móviles.

En esta tesis se presenta un estudio experimental detallado del sistema BaTi_1-xSn_xO₃ para composiciones con x = 0,03; 0,06; 0,09; 0,12; 0,15 y 0,20, sintetizadas por el método convencional de reacción en estado sólido. Se investigaron sus propiedades estructurales, dieléctricas y ferroeléctricas con el objetivo de evaluar su potencial en aplicaciones de almacenamiento de energía y refrigeración en estado sólido. Se analizaron las transiciones de fase, la respuesta electrocalórica indirecta y la eficiencia energética, identificando composiciones óptimas con elevada densidad de energía recuperable y destacable intensidad electrocalórica.