Anodorik gabeko gelaxka elektrokimikoak (anode-less)

Anodeless edo anodorik gabeko bateriak deigarriak izan dira baterien industrian, gelaxkak fabrikatzeko prozesuan litio hutsezko metalezko geruzarik ez dagoelako, eta horrek muntatzeko errazagoak, seguruagoak, kostu txikiagokoak eta, jakina, jasangarriagoak bihurtzen ditu.

Hala ere, 2023an komunitate zientifikoak aurre egingo dion erronka handienetako bat gailu horien eraginkortasuna murriztea da, hain zuzen ere gailuaren litio-urritasuna eta konfigurazio horietan anodo gisa jarduten duten geruza ultrafinak eta interfaseak direla eta.

CIC energiGUNEn jada lanean ari gara estaldura babesleak (ASEI) garatzeko, interfase egonkorrak sortzeko eta teknologia horrekin bateragarriak diren elektrolito solido berriak sortzeko. Hau da, litio metalikoaren erreaktibotasuna ezabatzeko eta geruza desberdinen gordailua eta hazkundea ahalik eta homogeneoena, trinkoena eta garbiena izateko ikerketa.

Energia handiko katodoak, kobaltorik gabe, manganesoan aberatsak

Orain arte, kobaltoa funtsezko elementutzat hartu izan da baterien fabrikazioan, batez ere ibilgailu elektrikoaren boomaren ondorioz. Are gehiago, Cobalt Institutek 2021ean egindako ikerketa baten arabera, ateratako kobaltoaren % 34 ibilgailu elektrikora bideratu zen, eta horri beste gailu mota batzuetako baterietara bideratzen den % 31 gehitu beharko litzaioke.

Hala ere, kobaltoaren munduko baliabideen % 50-60 politikoki ezegonkorrak diren herrialdeetan daude, eta lan-baldintza eztabaidagarrietan ateratzen dira. Izan ere, Europako Batzordeak 2017an identifikatu zuen bere mendekotasuna murriztu nahi zuen lehengai kritiko gisa. Horregatik, kobaltorik gabeko litiozko ioi-katodoak funtsezkoak dira etorkizunean ibilgailu elektrikoetarako bateriak sortzeko.

Hala ere, katodoen lehengai kritiko hori energia eta potentzia-errendimendua arriskuan jarri gabe murriztea erronka handienetako bat da komunitate zientifikoarentzat. Horregatik, kobalto-falta prestazio berberak beteko dituela agintzen duen beste material batekin konpentsatuko duten alternatibak bilatu behar dira.

2023an gehien entzungo ditugun aukeretako bat manganeso-eduki handiko katodoak dira. LMO (litio-manganeso oxidoa), LNMO (litio-nikel-manganeso oxidoa), Li-Mn (LMR-NMC bezalako laburtua) eta LMP (litio-manganeso fosfatoa) edo LMFP (litio-manganeso-burdin fosfatoa) bezalako konposizioei buruz ari gara.

Horien artean, tentsio handiko LMNO espinela nabarmentzen da, non CIC energiGUNEk CoFBAT, 3believe, HighSpin eta Nextcell bezalako proiektuetan lan egiten duen, etorkizun handiko alternatiba gisa.

2023an zehar ikusiko dugu ikerketa-ahaleginen helburua haien merkaturatzea azkartzea izango dela, bateria jasangarriago horiek laborategitik benetako aplikazioetara eramatea lortzeko.

Ur-oinarriko elektrodo berdeak

Jasangarritasunaren garrantziaz gero eta gehiago jabetzen ari den gizarte honetan, hain dira garrantzitsuak aukeratzen diren baterietako materialak (gai kritiko gisa sailkatuta ez daudenak), nola bateria horien ekoizpen-prozesua ahalik eta ekologikoena izatea.

Horregatik, uzki hori gero eta gehiago entzuten dugu ur-oinarriko elektrodo berde deiturikoei buruz hitz egiten. Horiek elektrodoak fabrikatzeko alternatiba bati egiten diote erreferentzia, disolbatzaile toxikoak, ingurumenarekiko erasokorrak eta sukoiak erabiltzen ez dituena, askoz ere ekologikoagoa eta iraunkorragoa den ekoizpen-metodo baten alde eginez.

Bilakaera horrek zenbait egokitze-prozesu eskatzen ditu elektrodoen fabrikazioan, baina bateriekin lotutako politiketan eta erregulazioetan dagoen joerak pentsarazten du apustu horrek bide zuzena hartuko duela epe ertain eta luzean.

Elektrolito hibridoak eta geruza bikoitzekoak

Elektrolito likidoa duten baterien aldean egoera solidoko baterien abantailez luze hitz egin dugu, eskaintzen duten energia, segurtasun eta ziklaje dentsitate handiagoari esker. Hala ere, eroankortasun ionikoa eta tentsio/energia handiko katodoekiko bateragarritasuna oraindik erronka gisa aurkezten da komunitate zientifikoarentzat.

2023an, beste ikerketa-bide bat ireki zen, elektrolito solido hibridoetan (HSE) oinarrituta. Elektrolito polimerikoen eta ez-organikoen konbinazio bat da, etorkizun handikoa, bi elektrolito solido mota horien abantailak konbinatzen baititu, eta, aldi berean, osagai bakoitzaren desabantailak gainditzen baititu bereizita erabiltzen direnean. Laburbilduz, konbinazio honek eroankortasun ionikoaren erronka gainditzen du, eta elektrolitoaren eta elektrodoen arteko aurpegiarteko erresistentzia txikia du, sendotasun mekaniko handia eta prozesagarritasun bikaina.

HSEen kasuan bezala, elektrolitoak ikertzeko beste korronte bat dago, egoera solidoko baterien sektorea iraultzera deitua. Geruza bikoitzeko elektrolitoak dira, eta hainbat materialez egindako geruzez osatutako elektrolitoz osatutako litiozko metalezko bateria bati egiten diote erreferentzia. Geruza bakoitzak funtzio espezifiko desberdina betetzen du; esate baterako, konposatu osoaren eroankortasun ionikoa hobetzea alde batetik, eta katodo batzuek ematen dituzten tentsio altuen alderik kritikoena babestea bestetik.

Materialen konbinazio horrek erakutsi du gailuaren egonkortasuna eta gaitasuna hobetzen dituela, eta litio-gatzen hautaketa arduratsuari lotuta dagoela.

Datozen hilabeteetan ikusiko dugu bi korronte berri horien ikerketaren bilakaera, eta horietako zein iritsiko den merkatura datozen urteetan.

Ordenagailuz lagundutako materialen diseinua

Garraioa elektrifikatzeko eta deskarbonizatzeko lasterketak baterien garapenean aurrera egitea eskatzen du. Eta aurrerapen hori egiteko, materialak azkar aurkitu behar dira, biltegiratze-sistemak seguruagoak, merkeagoak, eraginkorragoak eta luzeagoak izan daitezen. Hau da, automobilgintzaren merkatuko baldintzak betetzea.

Beraz, gaur egun, komunitate zientifikoaren ikerketa nekaezin bat dago, baldintza desberdinetan materialen ehunka mila testatze egiten dituena, industriaren eskakizunak benetan betetzen dituzten materialak aurkitzeko eta egiaztatzeko. Ikerketa neketsu eta aspergarria, frogan eta errakuntzan oinarritua.

Hori dela eta, 2023 honetan ordenagailuz lagundutako materialen diseinuaren kontzeptua entzungo da (duela urte batzuetatik egiten ari den bezala). Iraganeko arrakastetatik eta porrotetatik sortutako datuen ikaskuntza automatiko, eraginkor eta eraginkorrerako adimen artifizialaren erabileran oinarritutako teknika da, eta, kasu honetan, materialen sintesi kimikoari aplikatzen zaio, baterietan integratzeko.

Aurrez diseinatutako, fabrikatutako eta testatutako materialen portaera aztertzen eta ikasten duten algoritmo batzuetan oinarritzen da, eta bertsio berrien eta eguneratuen diseinuan ikasitako hobekuntzak aplikatzen dituzte. Abantaila argia da materialen aurkikuntzan; izan ere, baterien hedapena bizkortuko dute, zalantzarik gabe, eta, aldi berean, nahi den etorkizunera 0 emisio hurbilduko dira.

Baterien eta, oro har, elektrokimikaren arloarekin lotutako aurrerapen eta garapen berritzaileei buruz gehiago jakin nahi baduzu, ez galdu gure eguneratzeak sare sozialetan eta gure webgunean.