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Bere osotasunean Euskal herrian garatutako ikerketa, Polymat, Ikerbasque eta CIDETEC-en eskutik ekoiztu eta Eusko Jaurlaritzak finantzatutako ikerketa inflexio-puntua bihurtu da perovskita-n oinarritutako eguzki zelden alorrean. Ikerketak, “Fullerene Saturation Approach“ izenezko teknika berritzaile oinarrituta, egun existitzen diren bihurtze energetikoaren antzeko mailak edo altuagoak lortzen ditu eta ekoizte kostuak nabarmen murrizten, honela ondorengo merkaturatzea erraztuz. ChemSusChem aldizkariak, argitalpen hau VIP (Very Important Paper)-tzat jo du, soilik oso ikerketa berritzaileei zuzendutako maila, komunitate zientifikoak luzaroan itxaron eta mekanismo edo teoria berri batetara garamatzatenak.

Beharbada eguzki energia da, erregai fosilen erabilera ordezkatzeko aukerarik egokiena, izan ere, lurrak ordu bakar batean jasotzen duen energia kantitatea, egungo munduko biztanleriak dituen beharrak urtebetez asetzeko adinakoa da.  Eguzki energia guzti hau modu eraginkorrez  energia elektriko bihurtzea da aurkezten den erronka. Polymat, Ikerbasque eta CIDETEC- en artean eta bere osotasunean Euskal Herrian ekoiztutako ikerketa hau, erronka hau lortzea ahalbideratuko duen teknologian  inflexio puntu  bihurtu da.

Egungo merkatu fotoboltaikoaren %85-a Siliziozko olatatan oinarritutako moduluetan datza, dagokien bihurtze energetikoaren eraginkortasuna % 15 aren ingurukoa izanik. Teknologia berri honen kostua, elektrizitatea ekoizteko egungo moduekin alderatuta oraindik altua da eta bere bihurtze  energetikoaren eraginkortasuna alafede hobegarria.

Azken urteetan, perovskita-n oinarritutako eguzki zeldek – Science aldizkari ospetsuak egindako sailkapenaren arabera 2013-an egindako 10 aurrerapen zientifiko garrantzitsuenen artean sailkatua – aukera handiak erakutsi dituzte, bihurtze energetikoan % 22 baina handiagoko  eraginkortasunera iritsiz. Hala ere, proposatutako zenbait materialek, oraindik zenbait muga agertzen dituzte, batez ere euren sendotasunari dagokionez, eta beraz hobetu beharrekoak.

Zelda hauetan erabiltzen den Titanio Dioxidoak, tenperatura altuetan (≈ 500 ºC ) gauzatzen den  “sintering” moduan ezagutzen den prozesu termikoa behar du, honek eguzki zelda hauen etorkizuneko merkaturatzea zailtzen duen kostu energetiko dakarrelarik. Honetaz gain, tenperatura hauek gailu fotoboltaiko malgu eta bateragarriak garatzeko abantailak eskaintzen dituzten substratu plastikoen erabilerarekin bateraezinak dira.

Ikerbasque, Polymat eta CIDETEC-ko ikertzaileen eskutik garatu eta ChemSusChem aldizkarian argitaratutako ikerketa honetan,  teknika bakun, merke eta berritzaile bat proposatzen da, Titanio Dioxidoaren ordez Fullenero  disoluzioak erabiltzean datzana (B Irudia). “Fullerene Saturation Approach” izenez bataiatutako teknika berritzaile honen bidez Titanio Dioxidoa-ren erabilerarekin lortzen diren bihurtze eraginkortasun antzekoak edo altuagoak lortzeaz gain, sintering prozesuari lotutako kostu energetiko altuak ekiditen dira.

Gainera, “Fullerene Saturation Approach” ren erabilerak, hasera batean gailu eraginkorrak lortzeko beharrezkoak diren prozesagarritasun , optika eta ezaugarri elektronikoen inguruko betebeharrezko baldintzak betetzen ez dituzten sustantzia kimikoen erabilera ahalbideratzen du, fullereno [70]-a kasu . Espero zenaren aurka, fullereno [70]-arekin egindako gailuek Titanio Dioxidoz egindako zelden antzeko eraginkortasunak azaltzen dituzte, honela, hasera batean bere ezaugarri optoelektrikoengatik baztertutako molekula organiko  sorta handi baten barneratze aukera aurreratuz.

Azkenik,  fullereno –en kimika hezeen teknologiaren bidezko eguzki zelden ekoizpenak, gailu malguen prestakuntza ahalbideratzen du, zeinak edozein motatako azaleretan txertatu ahal izango liratekeen. Abantaila guzti hauek, “ Solutions ” PC2015-1-03 (16-79) proiektuaren bidez Eusko Jaurlaritzak finantzatu eta Polymat, Ikerbasque eta CIDETEC -en elkarlanaz garatutako ikerketa hau, perovskita-n oinarritutako eguzki zelden alorrean inflexio puntuan kokatzen dute.

Emaitza hauen zati bat, ChemSusChem aldizkarian argitaratu berri da, “ Effficient Regular Perovskite Solar Cells Based on Pristine (70) Fullerene as Electron Selective Contact”, ChemSusChem 2016, DOI: 10.1002/cssc.201600051 eta  Very Important Paper ( VIP ) bereizitasunarekin izendatua.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cssc.201600051/full

 

Ramón Tena – CIDETEC (rtena@cidetec.es)

El proyecto europeo GREENLION “Advanced Manufacturing Processes for Low Cost Greener Li-ion Batteries” (Procesos de fabricación avanzada para baterías de Litio-ión más ecológicas y de bajo coste) finalizó el 31 de octubre de 2015 con la exitosa consecución de la mayoría, si no todos, de sus hitos. Unos días antes, CIDETEC, coordinador del proyecto, acogió la reunión final del consorcio. También se organizó como evento de clausura un seminario industrial abierto al público bajo el epígrafe “Hacia las baterías avanzadas y verdes: realidades y expectativas”. El Profesor Stefano Passerini (KIT-HIU), uno de los promotores del proyecto e investigador de referencia en el campo de baterías innovadoras, fue invitado a dar una charla plenaria donde compartió su visión de futuro.

Aprovechando esta oportunidad, tuvimos la ocasión de entablar una conversación relajada con él para hacer balance del proyecto y charlar sobre sus opiniones y visión tecnológica en este campo.

Pregunta: ¿Cuáles son los resultados que destacaría del proyecto GREENLION? ¿Qué resultados diría que tienen más posibilidades de ser utilizados o explotados en el corto plazo?

Stefano Passerini: Uno de los resultados más destacables de GREENLION es el desarrollo y la demostración en planta piloto de la fabricación de electrodos de Li-ion utilizando tintas en base acuosa, es decir, eliminando el uso de compuestos orgánicos volátiles como NMP (N-metil pirrolidona) como disolvente, lo que permite la producción más barata y ecológica de las baterías. Cuando se propuso y comenzó el proyecto hace ya 4 años, apenas había trabajos sobre formulaciones de electrodos en base acuosa ya que presenta grandes retos, especialmente en el cátodo. GREENLION ha establecido una tendencia en la investigación y desarrollo de electrodos de Li-ion mediante procesado acuoso y demostrado su viabilidad en producción.

Otro punto a mencionar es que se han alcanzados logros a lo largo de toda la cadena de valor de producción de baterías gracias al trabajo conjunto del consorcio que ha abarcado desde la investigación básica de materiales hasta la ingeniería del módulo de batería: se han fabricado rollos de electrodos con más de 300 metros de longitud con los que se han ensamblado más de 150 celdas y han permitido el diseño y realización de módulos de batería más baratos, de fácil montaje y desmontaje y con menor impacto medioambiental.

P: ¿Cuáles son las tendencias de investigación más prometedoras en el corto y medio plazo respecto a tecnologías avanzadas de baterías tanto para vehículo eléctrico como para almacenamiento estacionario a gran escala?

SP: Recientemente ha crecido el interés en las denominadas tecnologías post-Litio, incluyendo baterías de Li-aire y Li-S que prometen muy altas capacidades de almacenamiento de energía. El interés sigue siendo alto en estas tecnologías, pero los tiempos de desarrollo resultan demasiado prolongados para la industria automotriz. Por lo tanto los roadmaps a corto y medio plazo de este sector se centran en tecnologías avanzadas de Li-ión, más concretamente en nuevos materiales electródicos de alta capacidad o alto voltaje, así como en el desarrollo práctico de electrolitos sólidos especialmente para habilitar la tecnología de Li-aire. Como ejemplo de tecnología innovadora presentada en el Seminario, las baterías de Na-ión puede ser una alternativa competitiva y muy barata al Li-ion usando los mismos principios electroquímicos y procesos de fabricación y gracias a la abundancia del sodio. Dado que la tecnología se encuentra en la etapa de investigación en materiales, existe todavía mucho margen de desarrollo y escalado que realizar en la próxima década para llevarla al mercado, principalmente en aplicaciones de almacenamiento de energía estacionaria a gran escala, debido a su menor densidad energética. En un horizonte a largo plazo existen otras tecnologías interesantes como electrodos semi-sólidos o fluidos, combinando conceptos de baterías de flujo  o empleando agua de mar como catolito, que todavía deben ser probadas en el laboratorio.

P: En su opinión, ¿cuál es el presente y el futuro de la industria de fabricación de baterías en Europa? ¿Cómo podemos llevar los desarrollos de proyectos como GREENLION a la industria?

SP: La industria europea parece haber abandonado la fabricación de celdas de Li-ión de gran formato, actividad para la cual se han desarrollado algunos de los resultados de GREENLION. Las empresas de automoción se han centrado en el montaje de los packs de baterías a partir de celdas asiáticas, tras algunas joint ventures fallidas en los últimos 4 años y mientras la demanda de vehículos eléctricos es todavía baja. Ahora estamos observando una situación paradójica respecto a las baterías en Europa: existe una sólida formación científica en electroquímica, con una red de investigación y desarrollo en baterías muy amplia y activa (universidades, institutos tecnológicos y laboratorios nacionales de investigación), productores de materiales para baterías (PYMEs y grandes empresas químicas) y un mercado enorme de usuarios finales en automoción y almacenamiento estacionario. Sin embargo, hay muy pocas empresas con capacidad de fabricar baterías, generando un gran hueco en la cadena de valor. A pesar de esto, las perspectivas en otros aspectos en el campo de las baterías son marcadamente positivas: tanto los fabricantes europeos de materiales para baterías como los ensambladores de baterías completas están aumentando sus capacidades y ventas en todo el mundo, generando así una mayor demanda de materiales innovadores y soluciones de ingeniería, en los que Europa tiene un sólido fundamento científico y técnico.

Es de esperar que la creciente demanda de baterías avanzadas por parte del mercado de almacenamiento de energía estacionaria y el desarrollo de nuevas químicas también traigan de vuelta el interés por parte de la industria para producir en Europa baterías de Li-ión avanzadas y otras nuevas tecnologías de baterías. Para que esto sea cierto, proyectos de investigación aplicada como GREENLION son cruciales para que los conocimientos avanzados sobre técnicas de procesado de materiales para baterías se desarrollen y propaguen, en última instancia, en beneficio de la industria.

P: Y, por último, Stefano, ¿cómo cree que ha realizado CIDETEC la dura tarea de coordinación técnica de un gran consorcio en el que han participado 16 socios internacionales? ¿Alguna  sugerencia de mejora para la próxima vez?

SP: CIDETEC ha contribuido a los buenos resultados de GREENLION en el papel de coordinador, no sólo supervisando el grado de avance, orientando y empujando a los socios hacia los objetivos del proyecto sino también facilitando el trabajo de los socios dentro del proyecto. Valoro muy positivamente la competencia técnica del equipo de CIDETEC en baterías y especialmente el nivel de implicación, esfuerzo adicional y recursos cubiertos por CIDETEC cuando han surgido problemas técnicos. Mantendré esta colaboración y relación de éxito a través de otros proyectos y propuestas europeas.

 

El Prof. Passerini lleva trabajando en el desarrollo de materiales y sistemas de almacenamiento de energía electroquímica durante casi 30 años. Su investigación se centra en la comprensión y desarrollo de materiales para baterías de litio, tales como líquidos iónicos, electrolitos poliméricos y materiales de electrodo. Es co-autor de más de 300 publicaciones revisadas por pares (Índice-H = 52), varios capítulos de libros y patentes.

En la actualidad su grupo de investigación asciende a más de cuarenta investigadores Postdoctorales y estudiantes de doctorado, y participa en proyectos de investigación financiados por la Unión Europea, BMBF (Ministerio Federal Alemán de Educación e Investigación), la Sociedad Helmholtz y la industria. 

En 2012, el Profesor Passerini recibió el Premio de Investigación de la División de Baterías de la Sociedad Electroquímica. A partir de enero de 2014, es Editor en Jefe de la revista Journal of Power Sources, tras tres años como Editor Europeo.