Elektromugikortasun eta aplikazio egonkorren-merkatuen betekizunak
Ibilgailu elektriko baten funtsezko osagaietako bat bateria da. Barne-errekuntzako motorrekin lehiatu ahal izateko, bateria segurua izan behar da, autonomia lehiakorra bermatu behar du eta kostu txikia izan behar du. Automobilen industriak energia dentsitate handiko bateriak behar ditu (Gasteiztik Bartzelonara karga bakarrarekin -600 km- gidatu ahal izateko), eta potentzia dentsitate handia azelerazio seguruetarako. Honek, zifratan, 450 Wh/kg eta 900 Wh/L-ko gelaxka bat irudikatzen du, baita 5000 W/kg-tik gora ere korronte-gailur laburrak bezala.
GGaur egun, litio ioien bateria gehienek elektrolito likido bat dute, katodoaren eta anodoaren arteko ioiak garraiatzeko oso eraginkorra den arren, kalte fisiko bat edo erabilera desegoki bat gertatuz gero, erreakzionatu eta sukoia izateko eragozpena duena. Egoera solidoko baterien teknologia aurrerapauso bat da desabantaila hauen aurrean, euren elektrolito segurua eta ez-toxikoa bere homologo likidoa ordezkatzeko gai baita.
Egoera solidoko teknologiak ibilgailu elektrikoaren merkatuari mesede egiteaz gain, aplikazio egonkorretan ere integratuko da. Are gehiago, merkatuko iragarpenek aurreikusten dute energia egonkorren biltegiratzea esponentzialki handituko dela etxean eta industria-ingurune handiagoetan erabiltzeko, parke eolikoetan adibidez.
Egoera solidoko bateriak: zer dira?
Litio metalikoaren anodoa tentsio handiko katodoaren material aktiboarekin konbinatzeari esker, egoera solidoko teknologia da gaur egun automobilgintzaren sektoreko baldintza desafiatzaile eta zorrotzenak lortzen dituen bakarra, errendimenduari dagokionez.
Litio metalikoak grafitoak (gaur egun litio-ioiaren teknologian erabiltzen den anodoaren materiala) baino hamar aldiz litio ioi gehiago hartzeko gaitasuna du. Kobalto kantitate mugatu batekin, tentsio handiko katodoek gaitasun handiak lor ditzakete, baina ezin dira segurtasunez erabili egungo teknologian. Materialen konbinazio bakar hori arrakastaz integratzeak jokoaren arauak aldatuko ditu. Izan ere, elektrolito solidoak santu grialean bihurtzen ari dira.
Egoera solidoan dauden hainbat elektrolito-familia sortu dira merkatuan sartzeko lehian:
- Elektrolito polimerikoak: erraz prozesatzen dira, kostu txikia dute eta baliabide ugarirekin fabrikatzen dira. Material hauek ez dute errendimendurik tenperatura baxuetan eta potentzia aplikazioetan.
- Elektrolito ez-organikoak: material hauek, oxido edo sulfuroz osatuak, hautagai serioak dira. Haien lehia-prestazioak oso erakargarriak dira, baina oraindik ere erronka handiak daude material horien prozesamendurako eta arriskugarritasun-maila murrizteko.
- Elektrolito konposatuak: polimero eta elektrolito inorganikoaren konbinazioa, bakoitzaren abantailak aprobetxatzen dituena. Konbinazio zuzena elektrolitoen teknologiaren irabazlea izan daiteke.
CIC energiGUNEko ikertzaileek 10 urte baino gehiagoko esperientzia dute egoera solidoko bateriak garatzen, eta ikerketaren eta garapenaren eta gelaxken ekoizpenaren arteko aldea ixten ari dira. Estatu solidoko baterien teknologiaren aita, Michel Armand katedratikoa, gure ikerketa-taldeko kide da, gure ikerketa-talde gaztea imitatzen ari den aholkulari eta eredugarria.
Elektrolito solidoak geruza anitzeko gelaxka batean integratzeari dagokionez, erronka teknologiko asko planteatzen ditu. Giro-tenperaturan eroankortasun ioniko handia izateaz gain, litio-ioien garraio azkarra errazteko eta energia hornitzeko, elektrodo-elektrolito interfazeen ingeniaritza kontrolatua eta karga handiko katodoen egonkortzea ere behar dira.
Interfazeen papera ulertzea benetako erronka da, erreakzio elektrokimikoak gertatzen diren puntuarekin bat baitator. Elektroia eta ioia dauden leku estrategikoa da, eta materialen konbinazio hori bateria bihurtzea ahalbidetzen du.
"Li-metal Free anodes" edo litiorik gabeko anodoerantz
Interfazeak oso eraginkorra, erresistentzia txikia eta materialak egokitu behar ditu. Zentzu horretan, eta adibide gisa, metal litio-elektrolito solido interfazeak egonkorra izan behar du elektrodeposizio azkarra (elektrostripping) ahalbidetzeko, bateria suntsitzen duten dendritak sortu gabe. Interfazearen ingeniaritza egokiarekin, gure ikertzaileak litiorik gabeko anodoa garatzen ari dira ("Li-metal Free anodes" edo "anode-less" bezala ere ezagutzen dena), aurrerapen teknologiko bat bezala aurreikusten dena.
Katodoaren material kantitatea garrantzitsua da bateriaren dentsitate energetiko altua lortzeko eta bere lehiakortasunerako. Elektrolito solido bat katodo batean integratzean, gure ekipoek konpontzen dituzten garraio-arazoak sortzen dira. Konduktibitate ioniko eta elektroniko altuak dituzten katodoak garatzean zentratzen gara, material aktiboen edukia altu mantenduz. Arreta berezia jarri behar dugu katodoaren material aktiboaren ahalmen guztia ahalik eta ondoen erabil dadin.
CIC energiGUNEn iraultza hori gidatzen ari gara, elkarte pribatuekin eta Europako proiektuekin lankidetza estrategikoak ezarriz. Asmo handiko SAFELiMOVE proiektua koordinatzen ari gara beste 14 bazkiderekin batera, Renault, Saft edo Toyota kasu, gure elektrolitoen teknologia egoera solidoan integratzeko 60 Ah -ko erakustaldi-pakete batean. Sulfuro egoera solidoko bateriak garatzen dituen SUBLIME proiektuaren funtsezko kide bat ere bagara. Ikerketa eta garapena ez dira guretzat soilik garrantzitsuak, IMAGE proiektuaren parte hartzeak irudikatzen duenez; proiektu horretan, Europa mailan egoera solidoko bateriak industrializatzeko ekoizpenaren ibilbide-orria definitzen ari da. Eta hori gutxi badirudi, eraginkortasun energetiko handiko egoera solidoko bateriak ere garatu ditugu, MONBASA proiektuaren esparruan, satelite txikientzako espazioan erabiliko direnak.
Batteries Europe eta Batteries 2030 bezalako ekimen europarretan aktiboak ere gara eta izaten jarraituko dugu, gure teknologia indartsuagoa izan dadin eta azken erabiltzailearengandik gertuago egon dadin.
Laburbilduz, energia-dentsitate handiko eta kostu txikiko bateria seguruei dagokienez, ibilgailu elektrikoaren industriaren baldintzak betetzeko, beharrezkoa da errendimendu handiko egoera solidoko baterien alde egitea. Horregatik, CIC energiGUNEn Europako erakunde guztiek eskatzen duten deskarbonizazio osoa gauzatzeko lan egiten dugu.
