Hori da CIC energiGUNEk koordinatutako HIGREEW proiektuaren helburua. Horri esker, "redox fluxu organikoaren bateria" prototipo bat integratu ahal izan da energia berriztagarrien instalazio batean. Ingeniaritza molekularra eta konputazio-tresnak funtsezko elementuak dira bilaketa honetan bateria horiek osatzen duten espazio kimiko bastoa zundatzeko.

Aurreko artikuluetan ere pintzelkada bat eman dugu bateria horien funtzionamenduari buruz eta haien diseinu bereziak dakartzan abantailei buruz. Abantaila horien artean, honako hauek nabarmendu behar dira: potentzia eta energia desakoplatzea, ur-soluzioak oro har erabiltzea (elektrolito seguru ez-sukoiak, esaterako) eta osagaien egonkortasun eta iraunkortasun bikaina. Horrek, gainera, ingurumen-inpaktu txikiagoa eragiten du.

Bateria horien iraunkortasuna ere landu zen gure beste artikulu batean, eta funtsezko alderdia da energia biltegiratzeko sistemen ezarpen masiboan, Europako Batzordearen agendak aurreikusten duen bezala.

Fluxu organikoko bateriak

Materialen iraunkortasunaz haratago, materialen erauzketaren edo gelaxkako osagaien fabrikazioaren inpaktua hartu behar da kontuan. Bateriaren osagairik ugariena elektrolitoa izanik eta ingurumenean eragin handiena duena, fokua bateria horien kimikan kokatzen da.

Zentzu horretan, material organikoetan oinarritutako bateriek lehengaien erabilgarritasun handiaren argudio ukaezina dutela esan daiteke; izan ere, material horiek karbonoa, hidrogenoa, nitrogenoa eta oxigenoa dituzte nagusiki.

Materialen diseinua kimika organikoaren ezagutzan eta naturan oinarritu da inspirazio-iturri gisa. Horrela, izaki bizidunen kimikan garrantzi handia duten konposatuak, hala nola alloxazinak edo kinonak, hurrenez hurren mekanismo metabolikoetan eta arnasketan parte hartzen dutenak, aldatu egin dira baterietan erabiltzeko.

Ingeniaritza molekularrari esker, egitura-aldaketak egin ahal izan dira konposatu horien jarduera babesteko, eta, aldi berean, haien propietateak definitu dira. Egonkortasuna, erredox potentziala eta uraren disolbagarritasuna dira fluxu-baterien energia-eraginkortasuna eta -dentsitatea definitzen dituzten funtsezko alderdiak. Horrela, gatzak sortzea disolbagarritasuna hobetzeko estrategia hedatua da.

Gaur egun, kinonak, biologenoak, pirazinak edo nitroxilo erradikalak bezalako konposatuen familiak dira gehien aztertzen direnak. Material-familia bakoitzak bere berezitasunak ditu, eta material batzuk egokiak dira pH neutroan jarduteko, ingurune leun eta ez hain kaltegarrian; beste material sendoago batzuek, berriz, pH maila osoan lan egiteko aukera ematen dute, azidotik hasi eta alkalinora arte.

Kinonen familia pH-aren maila osoan lan egin dezaketen konposatu horien aldakortasunaren adibide bat da, anodoaren eta katodoaren material gisa jardun baitezakete. Hala ere, adibide hauek ez dira posibilitate-espektro xume honen gainazalean dagoen koska bat besterik. Izan ere, bioelementu horien konbinazio ugariek prestazio handiko material aktiboak sortuko lituzkete, hau da, material ideal potentzialak.

Konputazio-kalkuluak

Aukerak mugatuta ere, disolbagarritasuna, materialen hedapena eta egituren konplexutasuna bezalako alderdiak kontuan hartuta, eta horrek, batez ere, erabilitako molekulen tamaina mugatzea dakar, baina konbinazio posibleak ehunka bilioi baino gehiago dira. Agerian geratu da aztertzeko hautagaiak hautatzeko kalkulu konputazionaleko tresnak sartzeko premia larria dagoela.

CIC energiGUNEn haratago joan gara materialen berezko propietateak iragartzeko erabili ohi diren tresna horien erabileran. Lehen hurbilketa horrek baterien prestazioak identifikatzen laguntzen du, dentsitate energetiko gisa. Hala ere, iraunkortasunak, bateria horien funtsezko alderdiak, material horien epe luzeko eta eragiketako portaera ulertzeko eta iragartzeko azterlanak eskatzen ditu.

Kalkulu konputazionalak eta saiakuntza esperimentalak konbinatzen dituen ikerketa batek, UAMekin lankidetzan, egitura kimikoa eta egonkortasuna erlazionatzeko aukera eman digu. DFTren kalkuluen bidez, konposatu organikoen jarduna ebaluatu ahal izan da, bai kargatutako formari dagokionez, bai deskargatutako formari dagokionez. Lehenengoa kritikoena eta gutxien aztertutakoa izan da. Kalkuluak zikloketako saiakuntzekin eta biologenoaren deribatuetarako karakterizazio esperimentalekin konbinatu ditu, egiturazko hainbat motiborekin. Kasu honetan, Mullikenen kargen eta loturako orbital naturalen azterketari esker, diseinatutako eta sintetizatutako konposatuen artean biologenorik egonkorrena identifikatu ahal izan zen. Iragarpenaren bidez adierazitako konposatuak lau aldiz egonkortasun handiagoa izan zuen.

Biologenoak eta egungo erronkak

Biologenoak interes bereziko konposatuak dira, zuzeneko sintesiaren bidez lor baitaitezke, erraz eskalatu daitezkeen prozesuetan aitzindari komertzialak erabiliz. Nabarmentzekoa da konposatu horiek duten interesa tentsio handiko ur-bateriak sortzeko, pH-an neutroan jarduten baitute. Elektrolito ez kaltegarriekin eta ez sukoiekin lan egiten duten bateria urtsuak, konposatu organiko ugarietan oinarrituak. Ikuspegi hori eskaintzen dute bateria horiek.

Hala ere, konposatu organiko horien egonkortasuna teknologiaren erronka nagusia da, baina ezin da orokortasunik ezarri fluxu organikoen bateriak bezalako kontzeptu zabal batean. Hor ari da CIC energiGUNE, tresna konputazionalek gidatutako materialen diseinu berriak lantzen.

Azkenaldiko aurrerapenei esker, konposatu egonkorrak egiteko urratsak eman ditugu, gaitasun-galera nabarmenik gabe, eta 1.2 V-tik gorako gelaxka-tentsioekin jarduteko aukera ematen digute. Redox fluxu-baterien belaunaldi berriak bidean dauden seinale.