Baina behar hori identifikatzetik industrializaziorantz aurrera egiteko adinako sendotasuna duen irtenbide bat edukitzera bide luzea dago.

Zeren araberakoa da material batek prestazio onak modu erreproduzigarrian eskaintzea, eta prestazio horiek eskala handitzean eta ondoren elektrodo edo gailu batean integratzean mantendu ahal izatea?

Material aurreratuen garapenean ohikoa den galdera da, eta zuzeneko ondorio bat du edozein I+G proiekturentzat: ziurgabetasuna murrizteko erabiltzen diren denbora, baliabideak eta aurrekontua.

Material batek ez duela funtzionatzen beranduegi jakitearen kostua

Materialen garapeneko erronka nagusietako bat ez da hautagaiak aurkitzea soilik, baizik eta benetako aplikazioan haien prestazioak eta mugak zehaztuko dituzten faktoreak ulertzea ere.

Konposizioen, lehengaien eta sintesi-baldintzen konbinazioak esperimentazio-espazio oso zabala sor dezake. Aukera horiek guztiak kanpaina konbentzionalen bidez aztertzeak denbora eta baliabideak eskatzen ditu; gainera, zenbait parametro kritiko laborategi-eskalan oharkabean pasa daitezke eta industrializazioaren fase aurreratuetan faktore mugatzaile bihur daitezke.

Hautagai batek hasieran prestazio onak eskain ditzake eta, geroago, egonkortasun-, erreproduzigarritasun- edo prozesagarritasun-arazoak ager ditzake. Hala ere, muga bat hautemateak ez du zertan esan nahi materiala baztertu behar denik: haren jatorria ulertzeak hobekuntza-estrategiak garatzea, konposizioa optimizatzea edo sintesi-prozesua doitzea ahalbidetu dezake.

Zenbat eta beranduago hauteman muga bat, orduan eta handiagoa izaten da lotutako kostua. Horregatik, materialen garapena bizkortzea ez da esperimentu gehiago denbora gutxiagoan egitea soilik. Horrenbestez, materialen garapena bizkortzea ez da esperimentu gehiago denbora gutxiagoan egitea soilik, baizik eta faktore kritikoak ulertzeko, konponbide zuzentzaileak diseinatzeko eta garapenaren hurrengo etapak eraginkortasunez bideratzeko behar den ezagutza lehenago eskuratzea.

«Proba/errorea» ikuspegitik garapen gidatuago batera

Ikertzaileen ezagutza zientifikoak eta esperientziak funtsezkoak izaten jarraitzen dute, baina gaur egun garapen-prozesua askoz eraginkorragoa egiteko gai diren tresna berriekin osa daitezke.

Screening konputazionalak hautagaiak lehenesten lagun dezake laborategira igaro aurretik. Ondoren, high-throughput experimentation metodologiek hainbat konposizio eta sintesi-baldintza sistematikoki aztertzea ahalbidetzen dute, datu konparagarriak sortuz potentzial handiena duten alternatibak azkarrago identifikatzeko.

Automatizazioak, gainera, beste elementu garrantzitsu bat dakar: erreproduzigarritasuna. Protokolo kontrolatuagoekin lan egiteak emaitzak alderatzea eta materialaren portaeran benetan zein aldagaik eragiten duten ulertzea errazten du.

Datu gehiago sortzen diren heinean, analisi aurreratuko eta adimen artifizialeko tresnek konposizioaren, prozesuaren eta prestazioen arteko erlazioak identifikatzen ere lagun dezakete, hurrengo kanpaina esperimentalak bideratzen lagunduz.

CIC energiGUNEn ikuspegi hori garatzen ari gara MAITENA —Materials Acceleration and Innovation plaTform for ENergy Applications— plataformaren bidez; sintesi automatizatua, errendimendu handiko esperimentazioa, karakterizazioa, datuen kudeaketa, modelizazioa eta adimen artifiziala uztartzen dituen plataforma da.

Helburua ez da ikertzaileen ezagutza ordezkatzea, baizik eta eraginkortasun handiagoz erabiltzea: hobeto esploratzea, lehenago baztertzea eta arrakasta izateko aukera handiena duten hautagaietan baliabideak kontzentratzea.

Ez da nahikoa konposizio on bat aurkitzea

Prestazio onak eskaintzen dituen material bat aurkitzea garapenaren zati bat baino ez da. Era berean, egiaztatu behar da prestazio horiek modu erreproduzigarrian lor daitezkeela, eta haren portaera baldintzatzen duten aldagaiak zein diren ulertu behar da.

Konposizioa eta sintesi-prozesua estuki lotuta daude. Lehengaien, tratamendu-baldintzen, materialen mikroegituraren, ezpurutasunen presentziaren edo prozesu-parametro jakin batzuen aldaketek azken emaitza nabarmen alda dezakete.

Horregatik, material berriak identifikatzeaz gain, garrantzitsua da sintesi-ibilbide sendoak garatzea eta materiala ekoizteko moduaren eta azkenean erakusten dituen propietateen arteko harreman argiak ezartzea.

Hori bereziki garrantzitsua izan daiteke dagoeneko hautagai itxaropentsu bat duen enpresa baterako, baldin eta haren erreproduzigarritasuna hobetu, prozesua optimizatu, materialaren mikroegituraren eta ezpurutasunen presentziaren eragina ebaluatu eta/edo lehengai alternatiboak bilatu behar baditu.

Era berean, material batek zergatik galtzen dituen prestazioak edo zergatik degradatzen den jakiteak erabakiak hartzea ahalbidetzen du etapa garestiagoetara igaro aurretik. Karakterizazio aurreratuak, materiala funtzionatzen ari den bitartean egindakoa barne, mekanismo horiek identifikatzen eta ondorengo optimizazioa bideratzen laguntzen du.

Helburua, berriz ere, bera da: eskalatu aurretik ziurgabetasuna murriztea.

Materialetik industria-prozesura

Azken oztopo bereziki garrantzitsu bat dago. Material batek ezin hobeto funtziona dezake laborategi-eskalan, baina zailtasunak ager daitezke kantitate handiagoa ekoizten edo aplikazio batean integratzen saiatzean.

Horregatik, haren garapena ez litzateke amaitu behar prestazio onak dituen konposizio bat identifikatzen denean.

Halaber, galdetu behar da modu erreproduzigarrian ekoitz daitekeen, lehengaiak eta prozesua egokiak diren, eskala handitzean propietateei eusten dien eta fabrikazioko hurrengo urratsetan behar bezala integra daitekeen.

Baterietarako materialen kasuan, adibidez, horrek hauts-formako materialetik elektrodoen prozesaketara eta, ondoren, gelaxkako balioztapenera aurrera egitea dakar. Jarraitutasun hori bereziki garrantzitsua da industria-ikuspegitik, prozesagarritasun-, integrazio- eta eskalagarritasun-irizpideak txertatzea ahalbidetzen duelako.

Bestalde, baterietarako materialetan, hasieran bigarren mailakotzat har daitezkeen zenbait parametrok, hala nola kontzentrazio txikiko ezpurutasunen presentziak edo mikroegituraren aldaketek eta akats kristalinoen presentziak, eragin erabakigarria izan dezakete gelaxken egonkortasunean eta ziklagarritasunean benetako aplikazioetan. Horregatik, konposizioaren, prozesuaren, egituraren eta prestazioen arteko erlazioak industria-ekoizpenerako eskalatze-etapa desberdinetan ulertzea ezinbestekoa da materialaren zehaztapen egokiak definitzeko eta laborategitik ekoizpenera trantsizio erreproduzigarria bermatzeko.

CIC energiGUNEn, materialen garapenerako gaitasunek hasierako diseinua eta screeninga, sintesia, karakterizazioa, funtzionamendu-mekanismoen ulermena, optimizazioa eta eskalatzea hartzen dituzte barne; ondoren, elektrodoen fabrikaziorantz, prototipatzera eta gelaxkan balioztatzera jarraitzeko aukera ere badago.

Horrela, hautagai bat ez da laborategi-eskalan lortutako emaitzen arabera soilik ebaluatzen; benetako aplikazio baterantz aurrera egiten jarraitzeko duen potentziala ere balora daiteke.