Obtenció i optimització de ceràmiques superconductores de YBCO per laplicació de limitació de corrent

• Autores: Ernest Mendoza Gomez
• Directores de la Tesis: Teresa Puig i Molina (dir. tes.), Xavier Obradors Berenguer (dir. tes.), Enric Bertran (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2003
• Idioma: catalán
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TDX
• Resumen

  • Aquesta tesi doctoral estudia la utilització de ceràmiques texturades monodomini de YBCO per laplicació de limitació de corrent. A la xarxa elèctrica hi ha curtcircuïts degut al creuament duna o més línies. Aquests curtcicuïts representen un problema, no sollucionat, de cara a la interconnexió i a lequipament de la xarxa elèctrica. Els limitadors de corrents amb superconductors es basen en labrupte transició entre lestat superconductor i lestat nomal daquests materials quan es supera el corrent crític (Jc). Daquesta manera un limitador de corrent és transparent a la xarxa elèctrica i quan hi ha un curtciruït afegeix una alta impedància a la línia de manera que es limita el corrent de curtcircuït.

    Dentre tots els materials proposats per la limitació de corrent, el YBCO és el que té millors prestacions degut a lelevat Jc daquest material. En el cas dels materials ceràmics, que des del punt de vista econòmic resulten favorables, degut a la baixa conductivitat tèrmica i lelevada corrent crítica, apareix una problemàtica degut a la transició localitzada en un petit volum del material. La zona de material transitada és petita (~mm3) i absorveix tota lenergia associada al curtcircuït de manera que el material es deteriora o destrueix.

    Lobjectiu daquesta tesi ha estat loptimització daquestes ceràmiques i solucionar la problemàtica de la transició localitzada (punt calent). Disminuïnt Jc a lhora que saugmenta la resistivitat en lestat normal (ro), es manté la potencialitat del material i saconsegueix augmentar el volum de material transitat fins al 100%. Per tal de disminuir Jc sense afegir una inhomogeneïtat al material sha seguit dues estratègies: el dopatge amb ions metàllics i el control del contingut doxígen del material.

    El dopatge amb ions metàllics (Mg, Zn i Ni entre daltres) destrueix localment el paràmetre dordre superconductor. El resultat daquest efecte és el de la disminució de Jc. En aquest treball sha optimitzat el procés dobtenció de les ceràmiques texturades dopades amb ions metàllics de cara a reduir Jc. Gràcies a aquesta disminució controlada, sha aconseguit transitar el 100 % del material superconductor arribant a valors de camp elèctric de lordre de 2100 V/m quan en el cas del material amb alta Jc era de lordre de 500 V/m. Tot i aixó, no es va observar un augment de "ro" en dopar el material amb ions metàllics, per aixó es utilizar la segona estratègia: control del contigut doxígen del material.

    El control del contingut doxígen en el material, mitjançant el tractament tèrmic adequat, permet sintonitzar Jc el valor dessitjat i a lhora es produeix un fort augment en la rho. El valor de "ro" en el cas del material amb alta J-sub c és de lordre de 10 m-Omega-cm, per les mostres dopades amb ions metàllics no augmenta i es manté en el mateix valor. En el cas de les ceràmiques amb el contingut doxígen controlat la "ro" és de lordre de 40 m-Omega-cm. Gràcies a aquest valor de resistivitat i a la disminució de Jc, que porta a una transició del 100 % del volum del material, saconsegueixen valors de camp elèctric de lordre de 4850 V/m.

    En conclusió controlant el valor de Jc sha aconseguit augmentar les prestacions del material en un factor 4 per les mostres dopades, i gràcies a lelevat valor de "ro" de les mostres amb loxigen controlat sarriba a un augment de fins a ~10 vegades de les prestacions del material.