Litio-ioneko bateriak nagusi dira egun aplikazio askotan, eta gure gizartea eraldatu dute haririk gabeko iraultza posible eginez. Baina gaur egungo erronka izugarria da, hedatzen ari den ibilgailu elektrikoaren industria dela eta, gure gizarteak erabateko deskarbonizaziorantz eboluzionatu behar baitu.

Zoritxarrez, litio ioien bateriek ezin izango dituzte energia dentsitatearen eta bizitza erabilgarri hobearen eskari gero eta handiagoak ase, eta, beraz, energia biltegiratzeko sektorea aurrerapauso bat ematen ari da.

Termino berriak, hasieran nahasgarriak izan daitezkeenak, gero eta gehiago aurkitzen dira literatura zientifikoan eta hedabideetan: post-Li-ion, post-Li, post-litio, "Beyond-lithium", "Beyond-lithium-ion", etab.

Hauek dira teknologia desberdinak estaltzen dituzten termino orokorrak: sodio-ionezko bateriak (Na ioiak), zinc-ion (Zn ioiak), metal-sufrea (Na-S, Li-S), metal-airea (Na-aire, Li-aire), egoera solidoko bateriak, redox fluxua, etab. Guztiak desberdinak dira osagai nagusietan eta redox kimikan, eta horrek erronka, metrika eta heldutasun maila desberdinak izatea dakar.

Energia elektrokimikoa biltegiratzeko sortzen ari diren teknologia guztien arteko desberdintasun nagusiak ulertzeko, zenbait termino eta kontzeptu argituko ditugu.

Baterietarako teknologien gorakada

Bateriek energia elektrikoa biltegiratzen dute redox erreakzioen bidez. Bateria deskargatzen denean, elektrodo negatiboan dauden espezie kimikoak oxidatu egiten dira, korronte elektrikoa ematen duten elektroiak askatuz, eta espezie kimikoek elektrodo positiboan kontsumitzen direlarik.

Kanpoko zirkuitua zeharkatzen duen elektroi bakoitzeko, karga positiboaren kopuru baliokide bat ere kontsumitzen da, ioi moduan garraiatua, kargak orekatzeko. Litiozko ioien baterietan, karga-eramaileak Li+ katioiak dira, eta hauek euren egitura atomikoan egokitu ahal izango dituzten bi elektrodoen artean garraiatzen dira (adibidez, NMC edo LFP eta grafitoa).

Ioi metalikoen bateriak (litio-ioiak, sodio-ioiak, potasio-ioiak, zink-ioiak, magnesio-ioiak, kaltzio-ioiak, aluminio-ioiak) desberdinak dira karga-eramailean. Zenbat eta karga handiagoa garraiatu ioi batek, orduan eta handiagoa da ondoriozko gaitasun espezifikoa, baina zailagoa da balio anitzeko ioiak elektrolito eta elektrodoetan migratzea.

Bestalde, anodo metaliko bat zuzenean erabiltzen bada (ioi alkalinoak egokitzeko gai den material anfitrioiaren ordez), "ioi" termino generikotik kendu eta metalezko bateria batez (kargagarria) hitz egingo dugu. Adibidez, litiozko bateria batean, litio metalikoak grafitoa ordezten du, eta horrek ahalmen handiagoa ematen du, baina baita oraindik konpondu behar diren segurtasun-arazo handiak ere.

Izan ere, Litioaren anodo metalikoak 80ko hamarkadaren amaieran erretiratu ziren merkatutik, baina gaur egun ikerketa ahalegin handiak egiten ari dira itzultzeko. Era berean, beste karga-eramaile batzuk ere erabil litezke, eta horrek sodio, magnesio edo kaltzio bateriak ekarriko lituzke, adibidez.

Beraz, litiozko ioien ondorengo bateriek (edo post-Li-ioiak) egungo litiozko ioien bateriekiko (Li metaleko bateriekiko barne) aurrerapausoa diren biltegiratze-teknologia mota guztiak hartzen dituzte.

Beste alde batetik, Li metal (edo post-Li) baterien ondorengo bateriek Li+ ez den karga-eramaile desberdina dute nahitaez.

Bi kasuetan (post-Li-ion edo post-Li) kontzeptu desberdinak daude.

Egoera solidoko baterietan (Li-SSB), elektrolitoa, elektrodoen arteko mugikortasun ionikoa ahalbidetzen duena, eta litiozko ioien baterietan disoluzio organiko sukoi batean disolbatutako litiozko gatz batean datzana, solido batez ordezkatzen da.

Garapen gehienak Li metalikoan zentratzen dira elektrodo negatibo bezala (post-Li-ion), energia dentsitatean onurarik handiena adierazten baitu, nahiz eta beste anodo batzuk (grafitoa, silizioa) txandaka erabil daitezkeen Li-ionen baterien elektrodo positiboen material tipikoekin batera (kasu honetan litio ioien bateria bat izaten jarraituko luke).

Li-SSBren oso adibide komertzial gutxi daude, nahiz eta sektoreko hainbat enpresak merkaturatzeari buruzko zenbait iragarkik erakusten duten bezela, heldutasun-maila handienetarikoko teknologia da, izan ere, datozen urteetan merkatura iristeko gai dena.

Ikertzaile batzuk beste SSB mota batzuetan ere ari dira lanean, adibidez, Na metalekin (Li osteko bateria izango litzateke kasu honetan).

Metal-airezko baterietan, O_2-ren kanpoko elektrodo positibo bat eta metalezko elektrodo negatibo bat elektrolito likidoarekin erabili ohi dira. Gelaxkako karkasak aireztapen-irekidurak ditu airea zabaldu ahal izateko, eta karbono-matrize porotsu bat erabiltzen da elektrodo positiboan, deskargan sortzen diren produktu solidoen anfitrioi gisa. Metal-S gelaxkek antzeko konfigurazioa dute, elektrodo positiboaren material elektroaktiboa, hau da, sufrea, karbono porotsu matrize batean sartuta dagoela eta gelaxkak zigilatuta daudela izan ezik.

Redox fluxuko bateriak kontzeptu ezberdin batean oinarritzen dira, solutu elektroaktiboak dituzten disoluzioak baitira, elektrodoen pila baten bidez jariatzen direnak, aldi berean ioien mintz selektibo batez bereizitako elektrodo metaliko porosoekin konposatuak. Diseinu honekin, bateriaren energia biltegiratzeko ahalmena, katolito eta anolito soluzioak dituzten tankeen tamainaren arabera definitzen da, potentzia dentsitatea, elektrodo pilaren gainazalaren araberakoa den bitartean.

Etorkizun handiko teknologia asko

Laburbilduz, Li-ioi baterien iraultza beste bateriari bide ematen ari zaio, zalantzarik gabe. Gaur egun, teknologia batzuk garatzen ari dira, eta horiek oso oparoak dira metrika askotan.

Baterietan ohikoa denez, baldintza guztiak (kostua, energia-dentsitatea, jasangarritasuna, segurtasuna, abiadura, ziklabilitatea) aldi berean betetzeko gai den bateria mota bat bakarrik ez da egongo. Baina erabilgarri dauden aukeren kopurua handiagoa izango da, eta teknologia bakoitza aplikazioaren arabera hautatuko da, hibridazioa gero eta ohikoagoa den fenomenotzat hartuta.

Hala ere, honek ez du litio ioien baterien amaiera esan nahi (modu engainagarrian, post-Li-ion bezalako terminoak ekar ditzaketen bezala). Litio-ioieko baterien energia-dentsitatea handitzea espero da oraindik datozen urteetan, azkenean haien muga teorikoa lortzeko, eta ekoizpen-eskala gero eta handiagoak prezio baxuagoak ekarriko dituenez, seguruenik, aplikazio egonkorretan sartzea ahalbidetuko du, horietan kostua baita baldintza nagusia. Beraz, litio ioien gelaxkak nagusi izango dira datozen urteetan.

Garai hunkigarriak dira energiaren biltegiratze-sektorearentzat, balio-kate osoan aukera asko eta onura handiak baitituzte gizadiarentzat. Battery 2030+ bezalako ekimenak, baterien industria europarrarentzat zientzia disruptiboa sustatzera bideratuak, horren adibide onak dira.

CIC energiGUNEn ez dugu aukera hau galtzen. Gure egungo ikerketa-jarduerek teknologia horietako gehienak estaltzen dituzte, jasangarritasuna balio nagusi gisa mantenduz.

Azken urteotan esperientzia diferentziala hartu dugu, eskala atomikotik gailuraino, litio-ioien baterietan, SSBetan, Na, M-aire, Li-S ioietan edo redox fluxuan. Ekarpen garrantzitsuak egin ditugu, bai oinarrizko zientziako proiektuen bidez, bai industria-lankidetzen bidez. Gainera, ikertzaile ugari prestatu ditugu sektorearen beharrak asetzeko.

Aro berri bat hasi da.