Ikerketa-fasean, material berriak gramo bateko kantitateetan fabrikatu eta probatu ohi dira. Ondorioz, material horien trinkotasuna eta errendimendua, prototipoak garatzeko beharrezkoak diren sorta handiagoetan (adibidez, ehunka gramotik kilogramora) eta eskala industrialean ekoizten direnean, zalantzazkoa da prozesua erabat garatu den arte.

Hori arazo garrantzitsua da funtsezko ikerketatik merkaturatze posiblera doan bidean, batez ere, behar diren denbora eta baliabide inbertsioak nolakoak diren ikusita, industria ez baita fidatzen frogatu gabeko materialetarako prozesua eskalatzearekin lotutako arriskuez. Horregatik, literatura zientifikoan etorkizun oparoa duten material asko ikerketaren mailan geratzen dira. Horregatik, baterietarako material aurreratuak eskalatzeak lotura kritikoa adierazten du materialen aurkikuntzaren, merkatuaren ebaluazioaren eta eskala handiko fabrikazioaren artean.

Oztopo hori gainditzen laguntzeko, CIC energiGUNE eskalatzeko instalazioak eta ezagutza teknikoak garatzen ari da, gure material berriak kontzeptuaren proba-mailara transferitzeaz gain, industria- eta ikerketa-bazkideei beren sintesi-prozesuekin laguntzeko.

Paisaia aberatsa arakatzen: lehen urratsak ematen

Material katodiko bakoitzarentzat optimizatu beharreko propietate sorta zabala dago, hala nola biltegiratu dezakeen energia kantitatea, kargatu eta deskargatu daitekeen kantitatea eta azkartasuna, elektrodo bihur daitekeen erraztasuna, eta horiei zuzenean zein zeharka eragin diezaieketen sintesi baldintza ugari. Sintesi-baldintzek ere elkarren artean eragin dezakete (adibidez, tenperatura batean erreaktiboen kontzentrazio optimoa eta beste tenperatura batekoa desberdinak izan daitezke). Eskala handitzeak ustekabeko ondorioak ere izan ditzake; adibidez, erreakzio exotermiko arin bat laborategiko eskalan hautemanezina izan daiteke, baina eskala askoz handiago batean ihes termikoa eragiteko bezain muturrekoa ere izan daiteke.

Konplexutasun hori oso handia izan daiteke, eta eskalako materialentzako baldintza egokienak aurkitzeko lana, etsigarria. Hala ere, aldez aurretik ezarritako tresnak, teknikak eta ezagutzak baliatuz, CIC energiGUNE gai da erronka garrantzitsu horiek gainditzeko.

Lehenik eta behin, erreproduzigarritasuna funtsezkoa da prozesuak optimizatzeko: ustez berdinak diren baldintzetan sintesien artean aldaketa esanguratsuak badaude, oso zaila izango da, baldintzak aldatzean, ikusitako aldaketen arrazoia zehaztea. Etengabeko koprezipitazioaren bidez egoera egonkorrean ekoizteak konponbide potentziala eskaintzen du, ikuspegi horrek produktuaren propietateak sortzen baititu (lehen eta bigarren mailako partikulen tamainak, morfologia, tamainen banaketa, partikulen dentsitatea eta abar barne), funtzionamenduan zehar konstante mantentzen direnak.

Horrela, doitasunez kontrolatutako tanke inarrosiko erreaktore-sistema (CSTR) bat erabiliz (ikus 1. irudia), aitzindari guztiak (adibidez, abiapuntuko soluzioak) eta prozesuan zehar izandako aldaketak (adibidez, produktuaren tamainaren banaketan, pH-an eta abarretan izandako aldaketak) alderatzeko tresna analitiko indartsuekin konbinatuta, propietateen eta kalitatearen erreproduzigarritasun ona bermatzea posible da, ikuspuntu pable batetik eta kalitate batetik begiratuta.

1. irudia. Sarean ordenagailu bati konektatutako CSTR sistemaren eskema, erreproduzigarritasuna, prozesuan zehar datu-bilketa eta faktore aldakorren doitasun handiko kontrola hobetzeko (esaterako, soluzioaren emaria, agitazio-abiadura, tenperatura eta abar).

Bigarrenik, garrantzitsua da sintesirako funtsezko baldintzak eta elkarren artean nola eragiten duten ezartzea. Normalean, litioari eta sodioari buruzko ikerketa-lerroek materialei dagokienez egindako hasierako ikerketek laborategiko eskalako funtsezko baldintzei buruzko datuak sortu dituzte, eta horrek eskalatzeko oinarri ona ematen du.

Esperimentuak diseinatzeko metodologia bat erabiliz (DOE), orduan faktore kontrolagarriak alda daitezke, hala nola, soluzioaren kontzentrazioak, emaria, etab., sintesi-baldintzei eragiten dietenak, eta neurgarria den produktuaren metrikan gertatzen den aldaketa azter daiteke (adibidez, purutasuna eta estekiometria, lehen eta bigarren mailako partikulen tamaina, morfologia, etab.) prozesua optimizatzeko.

Metodologia hori ere zabal daiteke, izan ere, lehen mailako efektuak ez ezik, faktoreen arteko elkarrekintzak ere ulertzeko aukera ematen du, eta horrek faktorea-erantzuna azalera esperimentalaren miaketa osatuago batera garamatza. Hori puntu garrantzitsua izan daiteke, ondorengo materialen sintesien garapen azkarrago baten terminoetan hobekuntza bat esan nahi duelako, eta potentzialki prozesu osoa hobeto ulertzea ere (ikus 2. irudia).

2. irudia. DOEren ikuspegi metodologiko tipiko baten laburpen eskematiko sinplifikatua.

Horrek denbora eta baliabide asko inbertitzea ekar dezakeen arren, abantaila handiak ere eskaintzen ditu. Adibidez, prozesua sakonago ezagutzeak produktua hobeto egokitzea ahalbidetzen du, nahi diren zehaztapenak bete ditzan, eta, gainera, funtsezkoa da edozein eredu prediktibo egiteko. Gainera, lan honek beste produkzio-lerro batzuetara transferitzea ere errazten du: lerro batetik bestera baldintza optimoetan aldeak egon daitezkeen arren (adibidez, faktore kontrolaezinen ondorioz), askotan faktore-erantzun eredu bat doitu daiteke eta behar baino askoz esperimentu gutxiago dituen lerro berri baterako baldintza optimoak aurkitu. Horrela, sakoneko ikuspegi horrek, hasierako inbertsio handiagoa eskatzen badu ere, askotan denbora eta baliabideak aurreztu ditzake aurrerago.

Ikerketa esperimental soiletatik hasi eta sakoneko modelizazioraino doazen ikuspegi batzuk garatzean, CIC energiGUNEk ikuspegi malgua eman dezake material katodikoak eskalatzeko, bai barnean, bai gure materialen garapena laguntzeko, kanpoko zerbitzu moduan, kolaboratzaile edo bezero baten beharrak asetzeko egokitua, denborari, baliabideei, eskatutako informazioari eta nahi den materialaren ekoizpenari dagokienez.

Arrakastaren bidea: ezagutza aniztasuna aprobetxatzea

Katoentzako materialak eskalatzea ez da inolaz ere lan erraza, baina baterien sistemak garatzeko bidean funtsezko urratsa izaten jarraitzen du.

CIC energiGUNEn posible da esperientzia balio-kate osoan zehar erabiltzea, eta eskalatzea oso ondo egokitzen den bitartean materialen garapenaren (materialak eta sintesia laborategi eskalan hautatzen laguntzeko) eta prototipoen sorreraren (prozesagarritasunari, errendimenduari eta abarri buruzko informazioa emateko) artean, beste arlo batzuek zeregin garrantzitsua dute: post-mortem delakoak simulazio-mekanismoei buruzko informazioa eskain dezake, simulazio-sistemak erabil ditzake.

CIC energiGUNEko arlo guztiekin lan egitean, posible da esperientzia hori aprobetxatzea, eta horrek aukera ematen digu baterien garapenaren erronkei hobeto aurre egiteko, bai barruan, bai industriako eta ikerketako funtsezko bazkideekin lankidetzan.

CIC energiGUNEren zorroa handitzea eta puntu bakoitzean ikerketaren balio-katea ulertzea eta eskaria asetzera bideratutako bateria berriak garatzea bilatzen dugun heinean, eskalatzea urrats garrantzitsua izango da etorkizuneko energia biltegiratzeko bidean.