1. Zergatik da hain zaila laborategian funtzionatzen duen baterietarako material batek errendimendu bera mantentzea haren ekoizpena eskalatzen denean?

Material bat laborategian garatzen denean, normalean oso kantitate txikiekin eta oso kontrolatutako baldintzetan egiten da lan. Hala ere, ekoizpen-eskala handitzean, prozesuak ez du jada modu berean jokatzen: tenperatura-gradienteak agertzen dira, nahasketan aldeak sortzen dira, erreakzio-denbora eraginkorrak aldatzen dira eta masa-transferentzian aldaketak gerta daitezke. Faktore horiek guztiek zuzenean eragin dezakete materialaren propietate kritikoetan, hala nola homogeneotasun kimikoan, morfologian, partikula-tamainaren banaketan, kristalinitatean edo ezpurutasunen presentzian. Eta, baterien kasuan, propietate horietan gertatzen diren aldaketa txikiek alde nabarmenak eragin ditzakete errendimendu elektrokimikoan.

Eskalatzean erronka nagusia da material horrek prestazio elektrokimiko berak mantentzea gramo gutxi batzuetatik ehunka gramotara edo baita kilogramotara igarotzean. Ez da kantitate handiagoa fabrikatzea soilik; prozesu osoa ulertu eta modu koherentean erreproduzitu behar da, laborategi-eskalan lortutako materialaren kalitate eta errendimendu bera izango duen materiala eskuratzeko.

Horregatik, eskalatzea fase kritikoa da baterien garapenean. Material batek ekoizpena handitzean bere portaera mantentzen duela balioztatzeak arrisku teknologikoa murrizten laguntzen du, eta berrikuntza benetako industria-aplikazio batera hurbiltzen du.

2. Enpresa batek material berri bat garatzen duenean, zein dira gramotatik ehunka gramotara edo kilogramotara igarotzean agertzen diren erronka tekniko nagusiak?

Erronka nagusia da prozesuaren sendotasuna eta erreproduzigarritasuna bermatzea, eragiketa-eskalak aldatzen direnean.

Praktikan, aurreko puntuan aipatu den bezala, laborategian guztiz akoplatuta dauden parametroek ez dute baliokidetasun bera mantentzen eskalatzean. Horrek eragiketa-baldintzak berriro definitzera behartzen du, eta normalean denbora eta baliabide ekonomikoen inbertsio esanguratsua eskatzen du prozesu sendo bat lortu aurretik. Gainera, industria-mailako eskakizun gehigarriak agertzen dira: konposizio homogeneoa mantentzea, bigarren mailako faseak saihestea eta lotez lote koherentzia bermatzea; izan ere, desbideratze txikiek segurtasunean, bizitza erabilgarrian eta errendimenduan eragina izan dezakete.

Beraz, eskalatzea ez da bolumena handitzea besterik; prozesua berringeniatu behar da, materiala baldintza fisiko desberdinetan ekoizteko.

3. Sintesi-prozesuko zein parametro dira kritikoenak material batek bere propietateak mantendu ditzan ekoizpen-eskala handitzean?

Parametro kritikoenak garatzen ari den teknologiaren eta materialaren araberakoak dira, baina batzuk ohikoak dira prozesu gehienetan. Erreakzio-denborak, erreakzio-abiadurak, nahasketaren homogeneotasunak, sintesi-atmosferak edo kaltzinazio-baldintzek zuzenean eragiten dute materialaren propietateetan, hala nola partikula-tamainan, konposizioan, kristalinitatean edo morfologian.

Erronka da aldagai horiek guztiak kontrolatzea, eskala handiagoan lortutako materiala laborategian garatutakoaren baliokidea izan dadin. Horrela bakarrik bermatu daiteke prestazio elektrokimiko berak mantenduko dituela eta prozesua erreproduzigarria izango dela; hori ezinbesteko baldintza da etorkizuneko industrializaziorako.

4. Gero eta gehiago hitz egiten da belaunaldi berriko materialez, hala nola litioan aberatsak direnez edo silizioa duten konpositeez. Zer erronka planteatzen dituzte material horiek eskalatzearen eta balioztatzearen ikuspegitik?

Belaunaldi berriko materialek potentzial handia dute baterien energia-dentsitatea, autonomia edo jasangarritasuna hobetzeko, baina askoz ere sentikorragoak dira fabrikazio-baldintzekiko. Eskalatzearen ikuspegitik, kasu askotan ikusten da desoreka dagoela literaturan argitaratzen denaren eta industria-mailako bideragarritasunaren artean. Askotan, prestazio oso altuak dituzten materialak argitaratzen dira sintesi-bide oso konplexuen bidez lortuta, etapa askorekin edo laborategi-eskalan, miligramotan, onargarriak diren erreaktiboak erabilita; baina kilogramo-eskalan inpaktu ekonomiko eta logistiko oso esanguratsua izan dezakete. Horrek zuzenean eragiten du prozesuaren eskalagarritasunean; izan ere, kasu batzuetan fabrikazioaren kostua eta konplexutasuna bateraezinak izan daitezke materialak aplikazioan ematen duen benetako onurarekin. Litioan aberatsak diren materialek edo silizioa duten konpositeek sintesiaren kontrol oso zehatza behar dute, ekoizpen-eskala handitzen denean beren propietateak mantentzeko.

Adibidez, silizioaren kasuan, arazo nagusietako bat da konpositean silizioaren banaketaren homogeneotasuna galtzea; horrek tokian-tokian aberastutako edo pobretutako eremuak sor ditzake. Horrek zuzenean eragiten du portaera elektrokimikoan, silizioak bolumen-hedapen handia jasaten baitu ziklatzean, eta edozein heterogeneotasunek tentsio mekaniko lokalak eta degradazio azeleratua eragiten ditu.

Litioan aberatsak diren materialetan, tratamendu termikoa ez da bigarren mailako etapa bat: etapa erabakigarria da. Profil termiko desegoki batek ordena estrukturala alda dezake, nahi ez diren faseak sustatu edo akatsak areagotu, eta materialak Li-rich material funtzional gisa jokatzeari uztea eragin dezake. Kasu horretan, ez gaude errendimendu-galera huts baten aurrean; materialaren kontzeptua bera galtzen da. Gainera, belaunaldi berriko material horiek erronka gehigarriak izaten dituzte askotan, egonkortasunarekin, prozesagarritasunarekin edo gelaxkan integratzearekin lotuta. Horregatik, balioztatzea ezinbesteko etapa da. Ez da nahikoa material batek funtzionatzen duela frogatzea; beharrezkoa da, halaber, modu koherentean ekoitzi daitekeela eta industria-aplikazio baten antzeko baldintzetan espero bezala erantzuten duela egiaztatzea.

5. Askotan ez da nahikoa material ona lortzea. Zergatik da hain garrantzitsua prozesaketan eta gelaxka batean integratzean nola jokatzen duen balioztatzea?

Material batek propietate bikainak izan ditzake ikuspegi kimikotik, baina horrek ez du bermatzen bateria batean integratzean prestazio handiak eskainiko dituenik. Haren prozesagarritasuna ere funtsezkoa da: egonkortasuna mantendu behar du tinten eta elektrodoaren fabrikazio-prozesuetan, eta gelaxkako gainerako osagaiekin bateragarria izan behar du, prestaziorik galdu gabe.

Horregatik, balioztatzea ez da amaitzen materialaren sintesiarekin. Ezinbestekoa da fabrikazio-etapa guztietan duen portaera egiaztatzea eta gelaxka oso batean duen errendimendua ebaluatzea. Horrela bakarrik jakin daiteke teknologia bat benetan prest dagoen laborategitik industria-aplikazio batera jauzia egiteko.

6. Zein akats edo muga aurkitzen dituzu maizen enpresa bat material berri bat lehen aldiz eskalatzen saiatzen denean?

Akatsik ohikoenetako bat da pentsatzea eskalatzea laborategiko kalkuluak edo baldintzak zuzenean estrapolatzea besterik ez dela, ekoizpena handitzeko. Praktikan, ez du horrela funtzionatzen: eskala aldatzean, bero- eta masa-transferentziaren erregimenak eta prozesuaren zinetika eraginkorra ere aldatzen dira. Gainera, ekipamenduak ez dira laborategikoen bertsio “handiagoak” soilik; sistema desberdinak dira, beste erregimen batean jarduteko diseinatuak, eta prozesu-parametroen egokitzapen espezifikoa behar dute.

Beste muga ohiko bat da arreta materialaren propietateetan bakarrik jartzea, eta ez prozesuaren erreproduzigarritasunean. Teknologia bat industriara iristeko, ez da nahikoa behin emaitza ona lortzea; ezinbestekoa da materiala modu koherentean fabrikatu daitekeela frogatzea, lotez lote kalitate eta prestazio berak bermatuz.

7. Datozen bost urteei begira, zure ustez zein teknologia edo ikerketa-ildo izango dira eragin handiena izango dutenak baterietarako materialen garapenean?

Datozen urteetan apustu sendoa ikusiko dugu energia-dentsitatea handitzeko, segurtasuna hobetzeko eta lehengai kritikoekiko mendekotasuna murrizteko gai diren materialen alde. Testuinguru horretan, litioan aberatsak diren materialen, siliziozko anodoen edo sodioan oinarritutako kimiken gisako teknologiek protagonismoa irabazten jarraituko dute, industriaren behar nagusietako batzuei erantzuten dietelako.

Hala ere, teknologia horien arrakasta ez da laborategian erakusten dituzten prestazioen araberakoa soilik izango. Funtsezkoa izango da sintesi- eta fabrikazio-prozesuak garatzea, material horiek eskalan, modu erreproduzigarrian, jasangarrian eta kostu lehiakorrean ekoitzi ahal izateko, eta, aldi berean, errendimendu fidagarria duten gelaxketan integratzen direla bermatzeko.

Horregatik, ikerketak gero eta gehiago egingo du ikuspegi integral baterantz, non material berrien garapena haien eskalatzearekin, balioztatzearekin eta industriara transferitzearekin batera joango den. Aurkikuntza zientifiko baten eta haren merkataritza-aplikazioaren artean igarotzen den denbora murriztea izango da sektorearen erronka handietako bat.

8. Nola laguntzen die CIC energiGUNEk material berri bat laborategitik balioztatze preindustrialera eraman nahi duten enpresei arrisku teknologikoa murrizten?

CIC energiGUNEn, enpresei laguntzen diegu teknologia berri baten garapeneko fase konplexuenetako batean: laborategiko errezeta batetik industriarako adierazgarriak diren baldintzetako balioztatze batera igarotzean. Gure helburua da eskalatzearekin lotutako ziurgabetasuna murriztea, sintesi-prozesuak optimizatuz eta ekoizpena handitzean materialak bere propietateak mantentzen dituela egiaztatuz.

Horretarako, materialaren fabrikazioan ez ezik, haren prozesaketan eta gelaxka batean integratzean ere lan egiten dugu. Horri esker, haren portaera benetako aplikazio batetik hurbilago dauden baldintzetan ebaluatu dezakegu, eta enpresak eskala handiagoko inbertsioei heldu aurretik balizko mugak identifikatu.

Horrela, gure bazkideei laguntzen diegu oinarri tekniko sendoa duten erabakiak hartzen, garapen-denborak murriztuz eta industrializazioari edo eskala handiko ekoizpenari ekin aurretik arrisku teknologikoa minimizatuz.