Elektrolitoak, mintzak eta stack-ak: errendimendua sistema osoaren araberakoa da
Potentzial handiena duten arloetako bat material aktibo gisa molekula organikoak garatzea da.
Metalek ez bezala, molekula horiek diseinu-malgutasun handia eskaintzen dute. Haien egitura aldatu egin daiteke redox potentziala, disolbagarritasuna edo egonkortasun kimikoa bezalako propietateak doitzeko, eta horrek funtzionamendu-baldintza desberdinetara egokitutako elektrolitoak garatzeko aukera ematen du.
Hala ere, malgutasun horrek erronka berriak ere sortzen ditu. Degradazio kimikoak, crossover-ak, biskositateak, egonkortasun elektrokimikoak eta gainerako osagaiekiko bateragarritasunak baldintza dezakete hasiera batean itxaropentsua den molekula batek azkenean bateria baten barruan behar bezala funtzionatuko duen ala ez.
Horrek teknologiaren erronka nagusietako bat agerian uzten du: ez da nahikoa propietate bakar bat modu isolatuan optimizatzea. Disolbagarritasuna hobetzeak elektrolitoaren beste ezaugarri batzuei eragin diezaieke; kimika aldatzeak mintza berriz planteatzea eska dezake; eta laborategiko zelula batean funtzionatzen duen soluzio batek bestelako portaera izan dezake sistema handiago batean integratzen denean.
CIC energiGUNEn arazo horri heltzeko, molekula aktibo berrien diseinua bateriaren barruan duten portaerarekin lotzen duen ikuspegia erabiltzen dugu, arreta berezia jarriz sistema egonkorragoak eta jasangarriagoak ahalbidetu ditzaketen eta lehengai kritikoekiko mendekotasun txikiagoa duten alternatibetan.
Antzeko erronka bat sortzen da mintzekin. Haien eginkizuna bateriak funtzionatzeko behar duen ioi-garraioa ahalbidetzea da, aldi berean espezie aktiboak elektrolito batetik bestera igarotzea mugatuz. Oreka hori lortzea konplexua da: erresistentzia handiak eraginkortasuna murrizten du, eta gehiegizko iragazkortasunak, berriz, crossover-a handitzen du eta errendimendu-galera bizkortu dezake.
Gainera, mintzek beren propietateei urteetan eutsi behar diete baldintza kimiko oso zorrotzak izan ditzaketen elektrolitoekin kontaktuan dauden bitartean. Beraz, kostua, selektibitatea, eroankortasuna eta egonkortasun kimikoa aldi berean optimizatu behar dituzte.
Arlo honetan ere aukera handia dago ohiko soluzioetatik harago joateko. CIC energiGUNEn bateria bakoitzaren kimikara eta funtzionamendu-baldintzetara berariaz egokitutako mintz-kontzeptu berriak ikertzen ditugu, kostuak murriztera eta material ez-fluoratuetara aurrera egitera bideratutako alternatibak barne.
Gakoa egokitzapen horretan dago, hain zuzen ere: ez da zertan mintz optimo bakar bat egon redox-fluxuko bateria guztietarako. Haren diseinuak elektrolitoari, ingurune kimikoari, espezieen garraioari eta sistematik espero den errendimenduari erantzun behar die.
Gauza bera gertatzen da stack-arekin, bertan gertatzen baita bihurketa elektrokimikoa.
Elektrolitoak redox-fluxuko bateria baten kostu osoaren zati bat baino ez du ordezkatzen. Mintzek, elektrodoek, plaka bipolarrek, ponpek, tangek, hodiek, sentsoreek eta potentzia-elektronikak eragin zuzena dute CAPEXean, errendimenduan eta mantentze-beharretan.
Beraz, beste lehentasunetako bat stack-aren potentzia-dentsitatea handitzea da, aldi berean fabrikazio-kostua eta konplexutasuna murriztuz.
Plaka bipolarrak bereziki garrantzitsuak dira. Eroankortasun elektriko handia, erresistentzia kimikoa eta egonkortasun mekanikoa eskaini behar dituzte, kostu lehiakorra mantenduz.
Arlo honetan ere badira osagai isolatu bat optimizatzetik harago doazen berrikuntza-aukerak. CIC energiGUNEk stack-en osagaietarako material eta konfigurazio berrietan lan egiten du, arreta berezia jarriz haien integrazioan, errendimenduan eta eskala handiagoan fabrikatzeko duten potentzialean.
Ikuspegi horrek sektorearen botila-lepo nagusietako bati heltzen laguntzen du: laborategian behar bezala funtzionatzen duten osagaiak modu erreproduzigarrian fabrikatu eta gero eta stack handiagoetan integra daitezkeen soluzio bihurtzea.
Hala ere, redox-fluxuko baterien berrikuntzak ez du zertan dauden sistemak hobetzera mugatu. Haien abiapuntuko planteamenduetako batzuk ere zalantzan jar daitezke: banadio-kontsumoa murriztea kimika horren abantailak galdu gabe; material ugariagoetan oinarritutako sistemak garatzea; edo fluxu bakarreko arkitekturak aztertzea dira etorkizuneko bateria-belaunaldien kostu-egitura eta errendimendua nabarmen alda ditzaketen estrategietako batzuk.
CIC energiGUNEn, hain zuzen ere, kimika alternatiboak, arkitektura berriak eta lehengai kritikoen erabilera murriztera bideratutako estrategiak konbinatzen dituzten kontzeptuak aztertzen ari gara, banadioan oinarritutako sistemak hobetzeko ikuspegi berriekin batera.
Bide desberdinak dira, baina guztiek galdera berari erantzuten diote: nola gorde ditzakegu redox-fluxuko bateria bat erakargarri egiten duten abantailak eta, aldi berean, gaur egun haren lehiakortasuna oztopatzen duten faktoreak ezabatu?
Emaitza elektrokimiko sendoetatik sistema lehiakor batera
Hor dago, hain zuzen ere, redox-fluxuko baterien erronka handienetako bat: eskalatzea.
Laborategian lortutako emaitza elektrokimiko on batek ez du bermatzen portaera bera mantenduko denik zelularen tamaina handitzen denean, hainbat unitate stack batean muntatzen direnean edo sistema erreal baten osagai guztiak integratzen direnean.
Eskalatze-prozesuan fenomeno berriak agertzen dira. Elektrolitoaren banaketa ez-uniformeak, presio-desberdintasunek, galera parasitoek, deribazio-korronteek, kudeaketa termikoko arazoek edo zelulen arteko aldaketek eskala txikian ikusitako errendimendua nabarmen alda dezakete.
Horregatik, industria-garapenak maila desberdinak konektatzea eskatzen du: diseinu molekularra, elektrolitoaren formulazioa, mintzen garapena, garraio-azterketak, zelulen balidazioa, stack-en diseinua eta saiakuntzak, modelizazioa eta sistema osoaren analisia.
Eskalen arteko lotura hori CIC energiGUNEren ikuspegiaren bereizgarrietako bat da. Lana ez da amaitzen material itxaropentsu bat identifikatzen denean: zentroaren gaitasun desberdinek haren portaerak nola eboluzionatzen duen aztertzea ahalbidetzen dute, materialetik osagaira, osagaitik zelulara eta zelulatik sistemara igarotzen den heinean, modelizazioa eta jasangarritasunaren eta kostuen analisia ere barne hartuta.
Ikuspegi hori bereziki garrantzitsua da oztopo nagusietako asko integrazio-prozesuan bertan agertzen diren teknologia batean.
Redox-fluxuko baterien hurrengo jauzi handia, ziurrenik, ez da hobekuntza ikusgarri bakar batetik etorriko, baizik eta elektrolitoa, mintza, elektrodoak, stack-a eta instalazioaren gainerako osagaiak modu koordinatuan eboluzionatzea lortzetik.
Redox-fluxuko bateriek dagoeneko frogatu dute biltegiratze segurua, ziklatze-gaitasun handia eta bizitza erabilgarri luzea eskain ditzaketela. Orain frogatu behar dute ezaugarri horiek eskala handiagoko sistemetan mantendu daitezkeela, modu koherentean fabrikatuta eta kostu lehiakorrean.
Horrek bateriaren hasierako preziotik harago begiratzea ere eskatzen du. Iraupen luzeko biltegiratze-aplikazioetan, degradazioak, ziklo-kopuru osoak, eraginkortasunak, mantentze-lanek eta bizitza erabilgarriak eragin erabakigarria dute Biltegiratzearen Kostu Mailakatuan (LCOS) eta, beraz, proiektuaren benetako ekonomian.
Horregatik, nekez egongo da kimika irabazle bakar bat. Redox-fluxuko bateriak etorkizuneko energia-biltegiratze teknologien zorro baten barruko plataforma osagarri gisa ulertu behar dira. Energia-dentsitatea edo okupatutako espazioa lehentasun nagusiak direnean, beste soluzio batzuk egokiagoak izan daitezke. Baina deskarga-denbora luzeak, ziklatze intentsiboa, segurtasuna, iraupen luzea eta degradazio txikia faktore erabakigarri bihurtzen direnean, haien balio-proposamena oso bestelakoa izan daiteke.
Datozen urteetako erronka abantaila tekniko hori industria-abantaila bihurtzea izango da.
Redox-fluxuko baterien etorkizuna ez da soilik kimika hobe bat aurkitzearen araberakoa izango. Materialak, osagaiak, stack-ak eta sistema osoak modu eraginkorrean integratu eta eskalatzeko gaitasunaren araberakoa izango da, aplikazio errealetan epe luzeko funtzionamendu fidagarria, mantentze-behar kudeagarriak eta bizitza erabilgarri osoan zehar biltegiratze-kostu lehiakorra eskaintzeko.
