CIC energiGUNEren katodo aurreratuen ikerketa-ildoaren barruan, Europako funtsekin finantzatutako I+Gko hainbat proiektutan parte hartzen dugu, hala nola CoFBAT, 3believe, HighSpin eta Nextcell proiektuetan, zeinetan katodoetarako erabiltzen baita material hori. Proiektu horien guztien helburu orokorra da katodo-material hori laborategiko eskalako kobaltorik gabe automozioko aplikazioetan edo energia geldikorreko biltegiratzeetan erabil daitezkeen lehen prototipoetara eramatea.

Kobaltoaren erabilera baterietan

Kobaltoa funtsezko elementua da litiozko ioien bateriak egiteko. Gaur egun, ateratako kobaltoaren % 60 baino gehiago baterietako katodoetara bideratzen da. Gainera, kobaltoaren munduko baliabideen % 50-60 politikoki ezegonkorra den Kongon (RDC) daude, eta lan-baldintza eztabaidagarrietan ateratzen dira. Izan ere, Europako Batzordeak lehengai kritikotzat jo zuen 2017an. Beraz, kobaltorik gabeko litiozko ioi-katodoetarako materialak funtsezkoak dira etorkizunean ibilgailu elektrikoetarako litiozko ioi-bateriak sortzeko.  

NCM (nikel oxidoa, kobaltoa eta manganesoa) gehien erabiltzen den material katodikoetako bat da, bereziki automobilgintzako aplikazioetan, dentsitate energetiko handia baitu. Material honen estekiometria hiru metaletako bakoitzaren edukiaren arabera alda daiteke.  

Izan ere, azken urteotan, kobalto-edukia murriztu egin da, NCM-111 kobalto-eduki handia izatetik kobalto-eduki txikiagoa duten estekiometrietara, hala nola NCM-622 eta NCM-811. Material horiek ere gaitasun espezifiko oso handiak dituzte, baina, aldi berean, zikloaren balio-bizitza murrizten dute (kobaltoak egonkortasuna ematen dio egiturari). Gainera, bere sintesi-prozesua konplexuagoa egiten da litio-fase ez-estekiometrikoak eratzen direlako. Aipatutako eragozpenak gorabehera, kobalto-kantitate txikiak (eta, ondorioz, kostu txikiagoak) kobaltoan pobreak diren material horiek azkar merkaturatzea ekarri dute.  

Hala ere, kobaltorik gabeko kimika berriak are erakargarriagoak dira, katodoaren materialaren kostua % 60raino jaitsi baitaiteke (NCMrekin alderatuta). Kobaltorik gabeko familiaren artean teknologia helduenetako bat LNMO da, hainbat abantaila baititu. Tentsio handiko goi-lautada luzea du, eta oso azkar sartu eta ateratzen da litioa. Horrek esan nahi du bateria oso denbora gutxian kargatu/deskargatu daitekeela eta tentsio altuan funtziona dezakeela (4,7 V inguru), eta horrek 650 Wh/kg-ko energia-dentsitate handiak sortzen ditu gelaxkaren mailan (katodoaren masaren aldean).

Goi-tentsiorako elektrolitoak

Teknologia honen alderdirik desafiatzaileena material honen tentsio-leihoan (3,5-4,9 V) egonkorra den elektrolito bat aurkitzea da. Ildo horretan, CIC energiGUNEk azken urteetan egindako ikerketaren arabera, geletan elektrolito polimerikoak erabili dira tentsio altu horien bateriaren segurtasuna hobetzeko.    

Hala ere, bateria-sistema hori merkaturatzeko oztopo nagusietako bat bizi-ziklo laburra da, litio ioien bateria komertzialekin alderatuta. Horregatik, CIC energiGUNE plataformetan dauden karakterizazio-instalazio ugariei esker, gelean oinarritutako litiozko baterien degradazioa diagnostikatzeko protokolo berriak garatu dira. Diagnostiko zehatz horri esker, tratamendu-metodoak hobetu ditugu, eta baterien bizitza baliagarria areagotzen duten arintze-estrategiak garatu ditugu. Gaur egun, 250 ziklotik gora lortu dira, SoH-ren % 80raino (automobilgintzako aplikazioetan bizitza baliagarriaren (EoL) amaieratzat hartzen dena).

Proiektu berrienean, HighSpin, beste urrats bat emango dugu iraunkortasunaren eta prozesu ekologikoagoen arloan, katodoetarako ur-oinarriko disolbatzaileak erabiliz. Material kritikoa berreskuratzeko birziklatze-bideak ere aurreikusten dira.

Gainera, katodo aurreratuen lerroaren ikerketa-jarduerek LNMO material sintetizatuaren egiturazko propietateak eta redox jarduera ulertzea eta propietate elektrokimikoekin duten lotura ere barne hartzen dituzte. X izpiak xurgatzeko espektroskopia erabili du, trantsizio-metalen ordenak LNMO espinelaren erreakzio-mekanismoan duen eragina argitzeko.

Beste teknika batzuk, hala nola erresonantzia magnetiko nuklearra egoera solidoan (ssNMR) eta neutroi hautsen difrakzioa (NPD), ex-situ ere erabili ziren sareko parametroen aldaketei eta metalek Liren gunearen inguruan duten antolaketari buruzko informazioa emateko. Funtsezko azterlan horrek LNMOren ziklo-mekanismoen dinamikari buruzko ezagutza garrantzitsua erakutsi du. Horrek etorkizunean LNMO materialak garatzeko estrategia berriak garatzen lagunduko du.

Kobaltoa bezalako baterietarako material batzuen eskariaren aurrekaririk gabeko hazkunde-erritmoa dela eta, EBk identifikatutako material kritikoak ordezka ditzaketen alternatibak garatzea da gaur egun baterien ikerketak aurre egin behar dien erronka nagusietako bat. LNMO kobaltorik gabeko alternatiba katodiko itxaropentsua da, eta, beraz, ikerketa-ahalegin nagusiak haren garapenean oinarritzen dira. CIC energiGUNE merkaturatzea bizkortzeko bidean da, laborategiko bateria ekologikoenak benetako aplikazioetara eramanez.

CIC energiGUNEn material katodikoak garatzeko egindako ikerketaren zati bat LNMOk Europar Batasuneko H2020 ikerketa eta berrikuntza programaren finantziazioa jaso du, dirulaguntzarik gabeko akordioen bidez. 875033 eta 875126, eta Europar Batasuneko Horizon Europe ikerketa eta berrikuntza programa, 101069508 zenbakiarekin.