Gaur egun, Solid State Ionics aldizkariaren editore europarra da, eta CeresPower Ltd enpresa arrakastatsuaren sortzaileetako bat.

CIC energiGUNEko aholkulari zientifikoa da materialen estrategian eta elektrolito zeramikoen ikerkuntzan.

30 urtez aritu da zeramika elektriko aurreratuen ikerketan eta 400 artikulu baino gehiago argitaratu ditu materialen zientziarekin lotutako arlo honetan eta beste batzuetan. Gainera, erregai-pilekin eta gasa bereizteko gailuekin lotutako hainbat patenteren titularra da.

1. Nola ikusten duzu automobilentzako egoera solidoko baterien etorkizuna?

Nire ustez, egoera solidoko bateriak funtsezkoak dira energia elektriko segurua eta errendimendu handikoa biltegiratzeko sistema bat garatzeko, ibilgailu elektrikoak eskala handian hedatzen lagunduko duena. Izan ere, ibilgailu elektrikoak eskuragarri daude dagoeneko, baina hedapen masiboa gertatu aurretik heldu beharreko muga batzuk dituzte.

Horrelako teknologia batean ohikoa denez, funtsezkoa da sistema berriak gaur egun eskuragarri dagoena gainditzea, merkatu-kuota irabazteko. Eta honetan, egoera solidoko bateria bi alderditan nabarmentzen da.

Lehenengoa bateriaren anodorako litio metalikoa erabiltzeko gaitasuna da, energia dentsitate handia eta, beraz, ibilgailu elektrikoaren autonomia handiagoa lortzeko. Hori horrela da, litioa oso korrosiboa delako eta material kimiko geldoa behar duelako elektrolito gisa erabiltzeko. Material horrek kontaktu irmoa izan behar du anodo metalikoarekin. Horrela, material zeramikoak egoki bihurtzen dira, korrosio-prozesuekiko oso erresistenteak baitira.

Bigarren ezaugarria segurtasuna da. Litio ioien egungo teknologiak elektrolito likido edo gel bat erabiltzen du, sukoia eta toxikoa dena. Hori dela eta, arazoak sor daitezke bateriekin, hala nola auto elektrikoetan edo Boeing 777 hegazkinean gertatu diren gehiegizko beroketarekin eta suteekin (horregatik debekatzen dira gaur egun litiozko bateriak hegazkin baten sotoko ekipajean). Gehiegizko beroketa hori gerta daiteke bateria barruan istripu edo akats baten ondorioz moztuta dagoenean, eta sortutako tenperatura altuek sutea eragin dezakete.

Egoera solidoko bateriak askoz sendoagoak dira ustekabeko kalte horien aurka, eta, gainera, elektrolitoa bera ez da sukoia, elektrolito likidoak ez bezala. Ondorioz, egoera solidoko bateria oso ikuspegi erakargarria da ibilgailu elektrikoen etorkizuneko baterientzat.

2. Noiz iritsiko dira merkatura ibilgailu elektrikoaren egoera solidoko bateriak?

Zaila da aurreikustea, faktore anitzeko gaien mende dagoelako.

Bateria horiek prototipo bideragarriak emateko ikerketak eta garapenak urte gutxi batzuk gehiago beharko dituzte, agian 3-5 urte, baina aurreikuspen hori ez da zehatza, edozein unetan aurrerapen handia gerta baitaiteke.

Eskala handiko fabrikazioa eta hedapena teknologiaren transferentzia azkarraren mende egongo dira, eta horrek ez luke arazo izan behar gobernuek behar adinako bultzada ematen badute. Izan ere, klima-aldaketari eragiteko bezain epe laburrean (2050) energia-merkatua deskarbonizatzeko egungo helburuak pizgarri handiak beharko ditu errekuntza-motorrei alternatibak emateko eta alternatiba elektrikoak ezartzeko.

3. Zeintzuk dira ikerketaren joerak? Zein teknologiatan ari zarete lanean?

Automobilgintzako aplikazioetarako egoera solidoko bateriak garatzeko hainbat alderdi lantzen ari gara. Bateria hauek hiru osagai nagusi izango dituzte: litiozko metalezko anodo bat, zeramikazko elektrolito bat eta zeramika/konposatuzko katodo bat. Osagai hauen banakako errendimenduaz gain, bateriaren errendimenduaren ezaugarri garrantzitsu bat, osagaien arteko loturek (interfazeek) bateriaren energia fluxua nola mugatzen duten da.

Horregatik, litiozko metalaren eta elektrolito zeramikoaren arteko interfazearen bi alderdi aztertzen ari gara. Lehenik eta behin, nola fabrikatu bateria eta bateriarako erabilitako materialak, interfazeetan eguneroko funtzionamenduan sartutako edozein muga murrizteko. Bigarrenik, epe luzera materialek nola eragiten duten aztertzen ari gara, horrek bateria denborarekin nola degradatzen den kontrolatuko baitu. Denok ezagutzen dugu bigarren mailako baterien edo kargatu daitezkeen baterien ziklo errepikatuek (adibidez, telefono mugikorretan) errendimendua nola galtzen duten, eta, horren zati bat, interfazeen degradazio-prozesuen ondorio izan daiteke.

Elektrolito zeramikoen beste alderdi garrantzitsu bat eroankortasun elektrikoa da (ionikoa), ohiko elektrolito likidoetan baino baxuagoa dena eta hobetu behar dena. Eroankortasun baxu horrek esan nahi du elektrolito zeramikoaren geruzak oso mehea izan behar duela bateriaren barne-erresistentzia txikia mantentzeko. Baina zeramikazko geruza meheak ez dira mekanikoki oso sendoak, eta horrek talken aurkako erresistentzia mekanikoa behar duten ibilgailuetan aplikatzea mugatu lezake.

Alternatiba gisa, elektrolito zeramikoaren egitura kristalinoa kontu handiz diseinatzeak eroankortasun handiagoa lor lezake, baina prozesu nahiko konplexua da eta saiakuntza ugari eskatzen ditu. Azken ikuspegi horrekin, CIC energiGUNEk material zeramikoak ekoitzi ditu, material mota horretarako erregistratutako eroankortasun ioniko handienarekin, eta are onura gehiago lor daitezkeela iradokitzen du.

Beste ikuspegi bat, pragmatikoagoa agian, materialen ingeniaritzari buruz ditugun ezagutzak erabiltzea da, eta zeramika-materiala hain hauskorra ez izatea, material plastiko batekin zeramika-konposatu bat eginez, nahiz eta, zoritxarrez, horrek ondorio kaltegarri gehigarria duen eroankortasunean.

Une honetan bi ikuspegiak lantzen ari gara, eta badirudi ikuspegi konposatua izango dela agian merkatuan sartzeko azkarrena.

4. Nola dago Europa energia biltegiratzeko borrokan?

Energia biltegiratzeko modu ugari daude hainbat garapen-etapatan, hala nola ponpaketa-hidraulikan, inertzia-bolanteetan, eraztun supereroaleetan, etab.

Biltegiratze elektrokimikoa, bateria batean bezala, existitzen diren biltegiratze mota asko hauetako bat besterik ez da, eta hala izan behar du, munduko eskualde batean egokia dena agian ez baita onena beste batentzako, eskaintzan, eskarian, azpiegituran eta geografian dauden ezberdintasunengatik.

Adibidez, hidrogenoa ekoiztea proposatzen da erregai-pilak dituen energia-biltegiratzearen arazorako irtenbide gisa, biltegiratutako energia hidrogeno bihurtzen baitute ibilgailuentzako elektrizitate, eta abar. Hori, agian, tokiko arazo bati aurre egiteko irtenbide bat da, adibidez, uharte-komunitate bat non ez den beharrezkoa hidrogenoa distantzia luzeetan garraiatzea. Aldiz, baterien biltegiratzea eta bateriaz elikatutako ibilgailu elektrikoak dira elektrizitatea banatzeko sare garatua duten eskualdeetara hobekien egokitzen direnak, Europan gertatzen den bezala, eta, beraz, kasu honetan bultzada handia ematen zaio teknologia horiek garatzeari.

Europa beti izan da liderra energia biltegiratzeko garrantzitsua den funtsezko zientzian eta, bereziki, baterien teknologiaren oinarrian. Hau da, elektrokimikaren alorrean, eta berriki "solid-state-ionics" izeneko eremuan, nire ikerketa-karreraren zatirik handiena igaro dudan eremuan.

Europak ere oinarri industrial oso garatua du, munduko automobilgintza barne, eta munduko liderra da energia eolikoaren teknologia berriztagarri nagusian. Beraz, ondo kokatuta dago energiaren biltegiratzearen garapenean nabarmentzeko, baldin eta biltegiratzeko gailuen funtsezko ezagutzaren eta merkataritza-garapenaren arteko zubi bat badago, eta horixe da CIC energiGUNEk eskaintzen duen funtsezko eginkizuna.