Datorren hamarkadan bateria kargagarri jasangarrien eskari globala izugarri handitzea espero da, aplikazioek aireratzen jarraitzen duten heinean. Litiozko ioien bateriak (LIB) dira ahalmen handiko bateria kargagarririk indartsuenak egungo merkatuan, baina ia energia teorikoaren dentsitate-mugara iritsi dira eta, beraz, sistema berriak eta kimikoak esploratzea derrigorrezkoa da.

Erronka hori onartzeko, ikuspegi disruptibo berriak eta material elektroaktibo berrien aurkikuntza eta ulermena bizkortzeko tresna hobeak behar dira. Horretarako, hainbat ikerketa-taldek estrategiak proposatu dituzte kimika konputazionalaren erabilerari esker modu eraginkorragoan hautagai potentzial berriak modu teorikoan identifikatzeko.

ION-STORE proiektuaren esparruan, CIC energiGUNEk tresna konputazional bat garatu du balentzia-loturaren teorian (TEV) oinarrituta. Tresna honek aukera ematen du datu-base kristalografikoetara sartzeko eta aurretik beste eremu batzuetan erabili diren egiturak identifikatzeko, baterien eremuan erabiltzeko hautagai izan daitezkeenak. Horrela, konposatu familia ugari identifikatu dira, material berrien aurkikuntzan aurrera egiten laguntzen badute ere, balidazio esperimentalaren etapan botila-lepoa sortzea eragiten dutenak. Horregatik, etapa mugatzaile hori identifikatuta, ION-SELF proiektua garatzea proposatu zen, sintetizatutako laginen ratioa bizkortzeko.

ION-SELF proiektuaren barruan, material elektroaktibo berrien aurkikuntza azkar eta autonomoa ahalbidetzeko lanean ari gara. Horretarako, sintesi-, karakterizazio- eta datu-tratamenduaren beraren prozesuen automatizazioan zentratzen gara, baita modulu automatikoen eta adimen artifizialaren bidez esperimentu berriak planifikatzean ere. Horrela, prozesuaren amaieran begizta esperimental itxi bat izango dugu, kalkulu teorikoen feedbacka, sintesien emaitzak eta karakterizazio-datuak integratuz.

Laginak prestatzeko modulu berritzailea, baliozkotua eta erreproduzigarria

Zehazkiago, CIC energiGUNEn, errendimendu handiko modulu automatiko berritzaile, baliozkotu eta erreproduzigarri bat garatu dugu, elektrodoen materialen laborategi-eskalako laginak prestatzeko. Modulu hau aitzindarien soluzioak estekiometria egokietan manipulatzeko eta nahasteko pentsatuta dago, eta egoera solidoan suberaketa-tratamenduaren aurretik lurrunduko dira. Ikuspegi horri esker, konfigurazio bateragarri bat eraiki daiteke sintesi-ibilbide ugarirekin, hala nola sol-gel, Pechini, koprezipitazioan oinarritutako sintesia, eta abar. Horiek guztiek, aldi berean, partikulen kontrol morfologikoa eta tamainakoa eta/edo in situ karbono-estaldura ahalbidetzen dute eroankortasun ionikoa hobetzeko.

Esperimentuen diseinua ezarri ondoren, informazio hori Arduinon idatzita dagoen moduluaren kodearekin lotzen dugu -hardware eta software librean oinarritutako kode irekiko elektronika sortzeko plataforma-. Informazio hori modulu automatikoan instalatutako Arduino Megaren plakara igoko dugu, eta erreaktiboak modulu horren azpian jartzen dugun arrago bakoitzerako nahasten hasiko dira, sistema nahaste-fase bakoitzean gertatzen den ur destilatuarekin garbituta. Gainera, azpimarratu behar da, programa sistemara igo ondoren, ez dela beharrezkoa ikertzailearen presentzia, laborategian egon gabe datuen tratamenduan jardun baitaiteke.

Ibilbide sintetikoaren konplexutasunaren arabera, ikertzaile batek 1-20 lagin prestatzen ditu astebetean. Aldiz, modulu automatiko honekin orain 60 lagin sintetizatzeko gai gara aldi berean. Sintetizatutako laginen ratioa 10-20 aldiz handitzea lortzeaz gain, metodo erreproduzitzaileagoa ere lortu dugu, giza errorea ezabatzen baitugu.

Teknologia mota hori erabiltzeak teorian identifikatutako materialak familietatik azkar eta eraginkortasunez ekortzeko aukera ematen digu, eta horrek material berriak aurkitzeko prozesua bizkortzea dakar.

Gainera, hasieran aipatu dugun bezala, ION-SELF proiektuaren hurrengo fasea sortutako lagin horiek guztiak automatikoki karakterizatzea da. Horretarako, beste bi modulu lantzen ari gara, modu automatizatuan prestatu ahal izateko, bai laginak X izpien bidez neurtzeko, bai testeatzeko gelaxkak, materialen elektrokimika egiaztatzeko.

Modulu horien erabilerari esker, esperimentaziorako behar den denbora ez ezik, horren ondoriozko kostua ere nabarmen murriztea lortzen dugu, gaitasun, segurtasun eta bizitza erabilgarri handiagoa eskaintzen duten bateria alternatiboak aurkitzera hurbilduz; helburu hori ezinbestekoa da ekonomiaren erabateko deskarbonizazioa eta etorkizun iraunkorragoa lortzeko.

Oharra/Eskerrak: CIC energiGUNEn garatutako erlazionatutako ikerketa-lanek Espainiako Zientzia eta Berrikuntza, eta Unibertsitateen Ministerioen finantzaketa jaso dute ION-STORE proiektuen bidez (erref. ENE2013-44330-R) eta ION-SELF (erreferentzia: PID2019-106519RB-I00), baita Eusko Jaurlaritzarena ere, Iciar Monterrubio-ren doktoratu aurreko bekaren bidez (PRE_2021_2_0014).