Pero entre identificar esa necesidad y disponer de una solución suficientemente robusta para avanzar hacia su industrialización existe un largo recorrido.

¿De qué depende que un material ofrezca buenas prestaciones de forma reproducible y pueda mantenerlas al aumentar la escala e integrarse posteriormente en un electrodo o dispositivo?

Se trata de una pregunta habitual en el desarrollo de materiales avanzados que tiene una consecuencia directa para cualquier proyecto de I+D: tiempo, recursos y presupuesto dedicados a reducir incertidumbre.

El coste de descubrir demasiado tarde que un material no funciona

Uno de los principales retos en el desarrollo de materiales no es únicamente encontrar candidatos, sino también comprender qué factores determinarán realmente sus prestaciones y limitaciones en la aplicación real.

La combinación de composiciones, materias primas y condiciones de síntesis puede generar un espacio experimental muy amplio. Explorar todas esas posibilidades mediante campañas convencionales supone tiempo y recursos, pero además a veces algunos parámetros críticos pueden pasar desapercibidos a escala de laboratorio y convertirse en limitantes durante las etapas avanzadas de industrialización.

Un candidato puede ofrecer inicialmente buenas prestaciones y presentar posteriormente problemas de estabilidad, reproducibilidad o procesabilidad. Sin embargo, detectar una limitación no significa necesariamente que el material deba descartarse: comprender su origen puede permitir desarrollar estrategias de mejora, optimizar la composición o ajustar el proceso de síntesis.

Cuanto más tarde se detecta una limitación, mayor suele ser el coste asociado. Por eso, acelerar el desarrollo de materiales no consiste simplemente en realizar más experimentos en menos tiempo. Por ello, acelerar el desarrollo de materiales no consiste simplemente en realizar más experimentos en menos tiempo, sino en obtener antes el conocimiento necesario para entender los factores críticos, diseñar soluciones correctivas y orientar de forma eficiente las siguientes etapas de desarrollo.

Del “prueba/error” a un desarrollo más dirigido

El conocimiento científico y la experiencia del investigador siguen siendo fundamentales, pero actualmente pueden complementarse con nuevas herramientas capaces de hacer el proceso de desarrollo mucho más eficiente.

El screening computacional puede ayudar a priorizar candidatos antes de pasar al laboratorio. Posteriormente, las metodologías de high-throughput experimentation permiten estudiar de manera sistemática múltiples composiciones y condiciones de síntesis, generando datos comparables para identificar más rápidamente las alternativas con mayor potencial.

La automatización introduce además otro elemento importante: la reproducibilidad. Trabajar bajo protocolos más controlados facilita comparar resultados y comprender qué variables están realmente influyendo en el comportamiento del material.

A medida que se generan más datos, las herramientas de análisis avanzado e inteligencia artificial pueden contribuir también a identificar relaciones entre composición, proceso y prestaciones, ayudando a orientar las siguientes campañas experimentales.

En CIC energiGUNE estamos desarrollando esta aproximación a través de MAITENA —Materials Acceleration and Innovation plaTform for ENergy Applications—, una plataforma que combina síntesis automatizada, experimentación de alto rendimiento, caracterización, gestión de datos, modelización e inteligencia artificial.

El objetivo no es sustituir el conocimiento del investigador, sino utilizarlo de forma más eficiente: explorar mejor, descartar antes y concentrar los recursos en los candidatos con mayores posibilidades de éxito.

No basta con encontrar una buena composición

Encontrar un material que ofrece buenas prestaciones es solo una parte del desarrollo. También es necesario comprobar que esas prestaciones pueden obtenerse de manera reproducible y entender cuáles son las variables que condicionan su comportamiento.

La composición y el proceso de síntesis están estrechamente relacionados. Cambios en las materias primas, las condiciones de tratamiento, la microestructura de los materiales, la presencia de impurezas o el uso de determinados parámetros de proceso pueden modificar significativamente el resultado final.

Por eso, además de identificar nuevos materiales, es importante desarrollar rutas de síntesis robustas y establecer relaciones claras entre la forma de producir un material y las propiedades que finalmente presenta.

Esto puede ser especialmente relevante para una empresa que ya dispone de un candidato prometedor pero necesita mejorar su reproducibilidad, optimizar su proceso o evaluar el impacto de la microestructura del material, la presencia de impurezas y/o buscar materias primas alternativas.

Del mismo modo, conocer por qué un material pierde prestaciones o se degrada permite tomar decisiones antes de avanzar hacia etapas más costosas. La caracterización avanzada, incluida la realizada mientras el material está funcionando, ayuda a identificar esos mecanismos y a orientar su posterior optimización.

El objetivo vuelve a ser el mismo: reducir incertidumbre antes de escalar.

Del material al proceso industrial

Existe una última barrera especialmente importante. Un material puede funcionar perfectamente a escala de laboratorio y encontrar dificultades cuando se intenta producir más cantidad o integrarlo en una aplicación.

Por eso, su desarrollo no debería terminar cuando se identifica una composición con buenas prestaciones.

Hay que preguntarse también si puede producirse de forma reproducible, si las materias primas y el proceso son adecuados, si mantiene sus propiedades al aumentar la escala y si puede integrarse correctamente en los siguientes pasos de fabricación.

En el caso de los materiales para baterías, por ejemplo, esto implica avanzar desde el polvo hacia el procesado de electrodos y, posteriormente, hacia su validación en celda. Esta continuidad es especialmente relevante desde una perspectiva industrial porque permite introducir criterios de procesabilidad, integración y escalabilidad.

Por otro lado, en materiales para baterías, determinados parámetros que inicialmente pueden considerarse secundarios, como la presencia de impurezas a baja concentración o variaciones en la microestructura y la presencia de defectos cristalinos, pueden tener un impacto determinante en la estabilidad y ciclabilidad de las celdas en aplicaciones reales. Por ello, comprender las relaciones entre composición, proceso, estructura y prestaciones a lo largo de las diferentes etapas de escalado hacia la producción industrial es esencial para definir especificaciones de material adecuadas y garantizar una transición reproducible desde el laboratorio hasta la producción.

En CIC energiGUNE, las capacidades de desarrollo de materiales abarcan desde el diseño y screening inicial hasta la síntesis, caracterización, comprensión de los mecanismos de funcionamiento, optimización y escalado, con posibilidad de continuar posteriormente hacia la fabricación de electrodos, prototipado y validación en celda.

De esta forma, un candidato puede evaluarse no solo por sus resultados a escala de laboratorio, sino también por su potencial para continuar avanzando hacia una aplicación real.