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Proyectos de Investigación

Materiales para sistema híbrido de almacenamiento de energía térmica de alto rendimiento basado en sales fundidas y carbonatos




01-09-2023 / 31-08-2026



Investigador Principal: Luis Allan Pérez Maqueda / Antonio Perejón Pazo
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2022-140815OB-C22
Componentes: Pedro Enrique Sánchez Jiménez, José Manuel Valverde Millán (US)
Grupo de Investigación: Reactividad de Sólidos

El objetivo principal del proyecto HIPERTES es el desarrollo de un nuevo concepto de almacenamiento termoquímico de energía de alta temperatura basado en un sistema híbrido de carbonatos y sales fundidas en un único reactor. El subproyecto 2 se centra principalmente en los aspectos relacionados con el desarrollo de materiales adecuados a estas nuevas condiciones de operación, así como a la optimización de las mismas y el estudio del comportamiento de los materiales durante los ciclos termoquímicos.

Si bien existen soluciones basadas en el uso de aditivos sólidos para intentar mejorar la ciclabilidad y el rendimiento de procesos termoquímicos basados en reacciones de carbonatación/calcinación, estas soluciones tienen un límite, pues siempre se observa un decaimiento de la actividad con el número de ciclos que se hace más evidente a manera que aumenta el número de éstos. En este proyecto se propone una solución novedosa basada en sistemas híbridos de carbonatos con sales fundidas. Las sales aportaran un incremento de la reactividad tanto de calcinación como de carbonatación, mejorando sobre todo las cinéticas de los procesos difusivos.

Así, se espera que las sales aporten (i) cinéticas rápidas de calcinación y carbonatación para que los procesos de carga y descarga sean lo más rápidos posibles y (ii) alta estabilidad multicíclica evitando los procesos de desactivación por sinterizado y bloqueo de poros. Se proponen dos tipos de sistemas, uno basado en pellets porosos que se impregnarían con las sales y otro basado en baños de sales fundidas donde se dispersarían las partículas de carbonato. Para la primera solución se usarán técnicas de peletizado que permitan obtener pellets porosos a partir de suspensiones acuosas de partículas de carbonatos tanto minerales como sintéticas. Los pellets obtenidos se impregnarán con sales de alta temperatura. En la segunda solución, se seleccionarán mezclas de sales de alta estabilidad térmica en las que se dispersarán partículas o pellets de carbonatos. Para la preparación de los pellets porosos se usarán técnicas de “freeze granulation” que permiten obtener pellets porosos y estables a partir de suspensiones de partículas. Todos los materiales preparados se caracterizarán en cuanto a sus propiedades termofísicas y a su comportamiento multicíclico. Se establecerán las condiciones óptimas de funcionamiento, así como los rangos máximos de trabajo. Estos resultados se usarán como parámetros para el subproyecto 1.

El subproyecto 2 cuenta con la participación de un equipo multidisciplinar con experiencia en química, reactividad de sólidos, cinética heterogénea, física y ciencia de materiales para completar los objetivos propuestos. Tienen experiencia y solvencia avalada en la ejecución de proyectos nacionales e internacionales, además de proyectos industriales, en el campo del diseño y caracterización de materiales para el almacenamiento de energía térmica.


Perovskitas de haluro libres de ligando en GaN poroso para aplicaciones de emisión de luz de nueva generación




01-09-2023 / 31-08-2026



Investigador Principal: Miguel Anaya Martín / Sol Carretero Palacios
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2022-142525OA-I00
Componentes: Alberto Jiménez Solano
Grupo de Investigación: Materiales Semiconductores para la Sostenibilidad

PHOTOelectrocatalytic systems for Solar fuels energy INTegration into the industry with local resources




01-09-2023 / 31-08-2027



Investigador Principal: Hernán Míguez y Laura Caliò
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: HORIZON-CL5-2022-D3-02-06
Grupo de Investigación: Materiales Ópticos Multifuncionales

The PHOTOSINT project presents solutions to the challenges chemical industries are facing in integrating renewable energy sources into their processes. The project will deliver sustainable processes to produce hydrogen and methanol as energy vectors using only sunlight as an energy source and wastewater and CO2 as feedstocks, making the industries more auto-sufficient. The pathway is based on solar-driven artificial photosynthesis, and aims to develop new catalytic earth-abundant materials and modifications of existing ones to improve catalytic processes. Design parameters of the PEC cell will be tuned to maximize solar to fuel (STF) efficiency. Moreover to improve the conversion for industrial implementation, PHOTOSINT will develop a novel way to concentrate and illuminate the semiconductor surface to maximize overall energy efficiency. Perovskite solar PV cells will be integrated to harvest the light to supply the external electrical voltage.

PHOTOSINT is an ambitious project due to precedents in research conducted to date and the low production rate of the desired products. For integrating sunlight energy into the industry, the catalyst will be studied, and then the best one/s will be implemented in prototypes. The obtained results will be used for making scale-up in pilots with tandem PEC cells. These steps are necessary to assess the industrial scale-up feasibility, promoting the increased competitiveness of renewable process energy technologies and energy independence. MeOH and H2 will be tested in engines. Also, an HTPEM fuel cell will be used for electricity generation, and hydrogen will be tested as an alternative fuel for energy generation instead natural gas in melting furnaces avoiding CO2 emissions.


Técnicas innovadoras basadas en campos eléctricos para la preparación de baterías de estado sólido




01-09-2023 / 31-08-2026



Investigador Principal: Eva Gil González
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2022-141199OA-I00 (Proyectos Investigación Orientada)
Componentes: Xin Li, Alejandro F. Manchón Gordón, Sandra Molina Molina, Ahmed Taibi
Grupo de Investigación: Reactividad de Sólidos

El desarrollo de las tecnologías de almacenamiento energético es fundamental para la transición hacia una economía climáticamente neutra. Las Baterías de Estado Sólido (BES) se presentan como candidatas prometedoras para solventar los graves problemas que presentan las baterías de ion litio que dominan el mercado tecnológico actual. Las BES reemplazan el electrolito líquido, orgánico e inflamable, de estos dispositivos por un sólido no inflamable, lo que aumenta la seguridad de estos dispositivos, entre muchas otras ventajas. Así, en las últimas décadas los electrolitos sólidos han experimentado un gran avance, donde un grupo muy importante lo conforman los electrolitos cerámicos tipo óxidos y fosfatos, por sus altas conductividades iónica, amplia venta de potencial electroquímico y compatibilidad con litio metálico. Sin embargo, las altas temperaturas (por tiempo prolongado) que se requieren para su síntesis y procesado conllevan un gran consumo energético, lo que limita su competitividad económica y, además, favorece la volatilización de los iones litios, deteriorando de manera inevitable sus propiedades. También, el proceso de co-sinterizado con los demás elementos activos de la celda (ánodo y cátodo) es bastante complicado por la aparición de fases secundarias y grandes resistencias interfaciales que merman la vida útil de las BES. Precisamente esta problemática es uno de los grandes retos a abordar para impulsar el desarrollo de estos dispositivos. INNOBEC propone un enfoque innovador para abordar este desafío mediante el empleo de las técnicas de sinterizado Flash (FS) a las BES. El FS consiste en aplicar simultáneamente un campo eléctrico y calor a una muestra cerámica, de tal forma que la densificación del material se consigue de manera casi instantánea y a temperaturas muchos menores que las empleadas en métodos convencionales. Con ello, no solo se reduce el gasto energético, sino que también se facilita el procesado de materiales cuya estabilidad térmica es limitada, como son los electrolitos sólidos. Además, las técnicas de FS son consideradas de “no equilibrio”, lo posibilita la obtención de materiales con propiedades mejoras, tales como superplasticidad en cerámicas o conductividades iónicas superiores, por la generación de una gran cantidad de defectos. Asimismo, las técnicas de FS son altamente versátil ya que también se ha demostrado que mediante la sinterización reactiva Flash (RFS) se puede inducir la reacción química y densificación de materiales cerámicos en un solo paso, lo que mejora aún más la eficiencia del proceso y aumenta las posibilidades brindadas por la técnica.
INNOBEC pretende usar las ventajas competitivas ofrecidas por las técnicas de FS y RFS de menores tiempos y temperaturas de procesado para obtener materiales con propiedades optimizadas para BES, específicamente electrolitos sólidos cerámicos, tipo óxidos y fosfatos, y composites cerámicos con conducción mixta iónica-electrónica para cátodos o ánodos. El objetivo final de INNOBEC es el co-sinterizado en un solo paso de estructuras multicapas tipo BES y la evaluación de su rendimiento electroquímico. INNOBEC es un proyecto novedoso, que fusiona la experiencia previa de la IP tanto en el ámbito de las BES como FS, donde se apuesta por una nueva metodología altamente eficiente que facilite la preparación y procesado de los electrolitos sólidos y, además, palíe los graves problemas derivados del co-sinterizado que frenan el desarrollo de las BES. 


Influencia del entorno óptico en nanomateriales con luminiscencia persistente: una nueva herramienta para el diseño de nanobaterías de luz




19-05-2023 / 19-11-2024



Investigador Principal: Gabriel S. Lozano Barbero
Organismo Financiador: Fundación BBVA

Grupo de Investigación: Materiales Ópticos Multifuncionales

https://www.redleonardo.es/beneficiario/gabriel-s-lozano-barbero/

 

El desarrollo de las sociedades está ligado a su capacidad para generar luz artificial, desde las antorchas hasta los omnipresentes diodos emisores de luz (LED) actuales. Los materiales con luminiscencia persistente (PersL) son capaces de almacenar energía óptica en defectos estructurales y generar luz mucho después de que desaparezca la fuente de excitación, lo que los convierte en baterías de luz. Son, por ejemplo, los que se utilizan para las señales de emergencia, que se iluminan en la oscuridad; o los que se emplean para los adhesivos fluorescentes que se colocan en el paredes y techo a modo de decoración. Desde hace unos años estos materiales se pueden crear en la nanoescala, mucho más pequeños. A pesar de las ventajas asociadas a la reducción de tamaño, las propiedades de los nanomateriales persistentes distan mucho de las de sus homólogos másicos empleados en señalización u ornamentación. Esta propuesta persigue integrar nanomateriales con PersL en láminas delgadas transparentes y caracterizar de forma precisa la cinética de carga y la cantidad de luz emitida durante el afterglow en función del entorno óptico de los recubrimientos. Nunca se ha explorado la fotónica para controlar los mecanismos de carga y emisión que determinan la PersL, lo que puede tener un impacto en el desarrollo de conversores de color más versátiles, etiquetas inteligentes, elementos contra la falsificación o el almacenamiento óptico de datos.


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