Gure jarduera zientifikoa bateriei eta superkondentsadoreei zuzenduta dago, baita energia termikoa biltegiratzeari ere. Sistema horien osagai gehienak solidoak direnez, agerikoa da egoera likidoarekin batera RMN egoera solidoan aplikatzearen garrantzia.

Ikertutako materialen heterogeneotasuna dela eta, CIC energiGUNEren egoera solidoan dagoen RMN plataforma oso modu eraginkorrean egokitu da azken urteotan material zeramikoen, solido ez-organiko paramagnetikoen, metalen eta aleazioen, polimeroen, sistema grafitikoen eta hainbat materialez osatutako konpositeen ikerketara.

RMN teknika kuantitatiboa da, ez suntsitzailea, eta material solidoen egitura zehaztea ahalbidetzen du, kristal-egoera edozein dela ere. Horrela, RMN funtsezkoa da material solido desordenatuak karakterizatzeko, hala nola polimeroak, sistema erdisolidoak eta sistema inorganiko amorfoak.

Horrelako osagaien karakterizazioa funtsezkoa da azaleren degradazio-prozesuak, interfazeak eta material mota horien egitura ulertzeko. Era berean, egoera solidoan dagoen EMN karakterizazio lokaleko teknika bat da, neurtzen diren atomo zehatzen inguruko egitura atomikoari buruzko informazioa ematen baitigu. Horrela, teknika honek argi eta garbi erakusten digu tokiko egitura-akatsak daudela, difrakzio-metodoen bidez erraz identifika ezin daitezkeenak.

Erresonantzia Magnetiko Nuklearra egoera solidoan oso aldakorra eta zehatza da prozesu dinamikoen identifikazioan eta kuantifikazioan. Gure laborategian asko ustiatzen den beste ezaugarri bat da, prozesu zinetikoak funtsezkoak baitira energia biltegiratzeko materialen prozesu elektrokimiko eta molekularretan.

Egoera solidoko bateriak ezaugarritzeko gakoa

Litio eta sodio ioien zinetika, bai elektrolito solidoen barruan, bai baterien osagaien interfazeen bidez, litio eta sodio baterien parametro garrantzitsuenetako eta gutxien ulertzen denetako bat da. Bereziki, elektrolito likido sukoiak elektrolito solido seguruago eta fidagarriagoekin ordezkatzeko litiozko eroankortasun handiko materialak garatu behar dira (normalean polimeroak, zeramikoakBien konpositeak) eta anodo eta katodoekiko elkarreragin ezin hobea.

Egoera solidoan dagoen EMN tresna bakarra da zentzu horretan; izan ere, alde batetik, litiozko prozesu dinamikoen zehaztapena bezalako polimeroen karakterizazioa ahalbidetzen du, eta anionaren eta matrize polimerikoaren zinetikarekin duen erlazioa kuantitatiboki.

Erresonantzia-ekipamenduak, gainera, tenperatura aldakorreko karakterizazioak ahalbidetzen ditu, eta, beraz, ikerketa zinetikoek aktibazio-energiaren balio zehatzak lortzea ahalbidetzen digute. Lortutako aktibazio-energia horiek ikertutako atomoen edo ioien tokiko mugikortasunekin lotuta daude, eta oso garrantzitsuak dira beste teknika batzuen bidez lortutako hedapen ionikoaren balio esperimentalak ulertzeko orduan.

Elektrolito solidoen ikerketaren barruan, litiozko polimero eta zeramiko eroaleen nahasketak sortutako konpositeak gero eta interes handiagoa erakartzen ari dira komunitate zientifikoan, material polimerikoen prozesagarritasuna zeramikoen eroankortasun ioniko handiarekin bateratzeko asmoz.

Arlo horretan, CIC energiGUNEren RMN plataforma ikerketa sakona egiten ari da, eta litioa polimeroen eta zeramikoen interfazean trukatzeko prozesuak zehazteko aplikagarritasuna frogatu ahal izan du. Ikerketa honek, duela gutxi, aurrerapauso bat eman du interfazean hedapen-mekanismoak proposatuz.

Baterietan garrantzi handia duten beste prozesu dinamiko batzuk katodo eta anodoen barruan ioiak hedatzeko prozesu zinetikoak dira. Prozesu horiek gure RMN laborategian ere ikertzen dira, baita garatutako materialen errendimenduarekin lotutako emaitzak ere.

Solido paramagnetikoen EMN

Gure RMN instalazioen berezitasun garrantzitsuenetako bat material solido paramagnetikoak karakterizatzeko ekipo optimizatu bat egotea da. Material mota horretarako RMNa aplikatzea ezinezkoa izan da tradizionalki, material horien eta RMNn erabiltzen diren eremu magnetiko altuen arteko elkarreragin handiak direla eta. Elkarreragin horiek, normalean, bereizmen txikiko seinaleak eragiten dituzte, eta horietatik ezin da informazio erabilgarririk atera.

Gure ekipamenduak eremu baxuko (200 MHz) RMNko ekipoa eta abiadura oso handiko (1.3 mm) zundak ditu, 67 kHz-rainoko angelu magikoko (MAS) biraketa-esperimentuak ahalbidetzen dituztenak. Konbinazio horri esker, material paramagnetiko gogorrak hauteman ditzakegu, bereizmen egokiarekin, baita burdina-kontzentrazio handiak ere. Talde hori funtsezkoa izan da litio zein sodio elektrodo paramagnetikoen ikerketan argitalpen kopuru handi batean. Lan horiek bateriak ziklortzean gertatzen diren prozesu elektrokimiko konplexuen RMNren ex situ karakterizazioa barne hartzen dute.

Bateriak eta superkondentsadoreak in situ ezaugarritzea

RMN bidezko energia elektrokimikoaren biltegiratzea ikertzen duen gure ekipamenduak aurrerapauso handia eman du azken urteotan, bateriak eta superkondentsadoreak in situ karakterizatzeko zunda bat gehituta. Ekipo horrek, aldi berean, gelaxka elektrokimikoen osagaien RMN seinaleak zuzenean neurtzeko aukera ematen du, imanaren barruan ziklortzean. Urrats hori abantaila bat da, zalantzarik gabe, zikloztatze elektrokimikoan zuzenean gertatzen diren eta ex situ erraz isolatzen ez diren prozesu kimikoak eta fisiko-kimikoak ulertzeko orduan.

CIC energiGUNEn egoera solidoan dauden RMN bidezko superkondentsadoreen ikerketa ere gure interes zientifikoaren funtsezko gaia da. Ikerketa-eremu honetan, informazio-iturri nagusia erabilitako elektrodoen karbono porotsuetan eta RMNk detektatutako nukleoetan dauden eraztun aromatikoen elkarreraginean oinarritzen da. Osagai aromatiko horien elkarreraginak eta RMNn erabiltzen diren eremu magnetiko indartsuek eremu magnetikoen perturbazio lokalak sortzen dituzte, eta horiek seinaleak lekualdatzen dituzte, atomoek ikatz horien poroekiko duten kokapenaren arabera. Horrela, RMNk behatutako seinaleak gure superkondentsadoreetan erabiltzen diren elektrolitoetara poroak iristeko neurri argia dira. Informazio hori oso erabilgarria da material horiek garatzeko, bereziki in situ jarraitzen bazaie, gure instalazioetan egin dezakegun bezala.

Energia termikoa biltegiratzeko prozesuetarako RMN

Era berean, oso garrantzitsua da gure plataforma energia termikoa biltegiratzeko prozesuetarako egiten ari den lana. Sistema horietan, RMNren neurriak tenperatura-tarte handi batean erabiltzen dira, fase-aldaketa jakin batzuetan gertatzen diren entropia eta entalpia aldaketetan inplikatutako prozesu zinetikoak ulertzeko. Bereziki, gure ikerketa material organikoetan eta horietan behatutako azpihozte-mekanismoetan dauden prozesu molekularren karakterizazioan zentratuta dago.

Enpresentzako zerbitzuak eta ikerketa-zentroekiko lankidetzak

Garrantzitsua da, halaber, gure plataformaren elkarlanerako bokazioa azpimarratzea, enpresentzako zerbitzuetara nahiz beste ikerketa-zentro batzuekin lankidetzan aritzera irekita baitago. Are gehiago, erakunde publiko eta pribatuak gure instalazioetara sar daitezen sustatzeko, RMNren plataforma STORIESen parte da, balio erantsi handiko instalazioetara sartzeko programa europarra.

Azken finean, nabarmentzekoa da gure plataformaren eta Bruker España enpresaren artean dagoen lankidetza. Horren ondorioz, Bruker enpresak EMNren erreferentzia-zentro gisa aitortu gaitu 2018an, estatu mailan egoera solidoan.