La simulación avanzada permite profundizar en el conocimiento reduciendo ensayos experimentales Proyecto Loyola para diseñar baterías más sostenibles mediante técnicas computacionales

La Universidad Loyola, a través del grupo de investigación Materiales y Sostenibilidad del Departamento de Ingeniería, trabajará los próximos años en en un proyecto para desarrollar una plataforma de simulación virtual de baterías, empleando como prueba de concepto las baterías de doble grafito, una nueva tecnología que permitirá obtener baterías más sostenibles y escalables para su uso en energías renovables, automoción o grandes infraestructuras. Los científicos ensayarán de manera virtual las posibilidades de este nuevo sistema de almacenamiento de energía más barato, seguro y medioambientalmente respetuoso que las actuales baterías de ión Litio.

La innovación principal del proyecto, que se llevará a cabo durante los próximos tres años, radica principalmente en la aplicación de técnicas computacionales avanzadas para estudiar tanto los materiales como los componentes de las baterías a diferentes escalas de observación, resolviendo los principales fenómenos físicos implicados. En este proyecto, se plantea además aplicar estas técnicas para profundizar sobre el proceso de intercalado de aniones en las baterías de doble grafito, un proceso químico relacionado con la carga y ciclabilidad de estas baterías aun no analizado lo suficiente para este tipo de tecnología,  pero que resulta clave para su desarrollo.

El proyecto, liderado por el profesor Francisco Montero Chacón de la Universidad Loyola, cuenta con un equipo de científicos de diversas disciplinas pertenecientes a la Universidad British Columbia, Imdea Materiales y Universidad de Zaragoza, que colaborarán para desarrollar nuevos modelos numéricos que permitan predecir el comportamiento a largo plazo de estas baterías, reduciendo así el número de ensayos experimentalespara su validación, con la consiguiente reducción de los costes y tiempos de desarrollo.

Profundizar en el conocimiento del comportamiento de baterías

El proceso contribuirá a la mejora de esta tecnología mediante el uso de avanzadas técnicas de modelado de materiales que se abordarán en las instalaciones de la Universidad Loyola. El proyecto supone una oportunidad para profundizar en el conocimiento del comportamiento de baterías, en general, a partir del desarrollo de la novedosa plataforma virtual de simulación para el estudio de éstas. Se analizarán procesos físicos de la carga y descarga que tienen lugar en el material y conocer su rendimiento a largo plazo. Según indica Francisco Montero: “El hecho de optar por el desarrollo de una batería de doble grafito supone una novedad con respecto a los dispositivos actuales y una mejora en eficiencia energética y sostenibilidad ya que se reduce el uso de Litio en uno de los electrodos, reemplazándolo por grafito, un material que se puede encontrar en la naturaleza, así como obtenerlo por reciclaje”.

El CO2 es el gas efecto invernadero más conocido. La acumulación de este gas en atmósfera es uno de los principales problemas de nuestro tiempo, ya que supone la principal causa del calentamiento global. Una de las estrategias de las políticas públicas en materia de reducción de emisiones de gases invernaderos es la eliminación de vehículos de combustión impulsado por combustibles de origen fósil a partir de 2050. Esto supondrá un cambio de paradigma en el transporte, de manera que se asentará el vehículo eléctrico, lo que supondrá una necesidad clave de innovación en la distribución de la energía y el almacenamiento de la misma. Así, las energías renovables se presentarán como los elementos clave en la búsqueda de una alternativa al esquema actual de distribución, en lo que jugará un papel muy importante el almacenamiento electroquímico.

De este modo, abordar proyectos científicos que permitan encontrar nuevas alternativas sostenibles al almacenamiento de la energía es uno de los grandes retos de nuestro tiempo. El proyecto, bautizado como VirtualBats, además de fomentar la sostenibilidad en el uso de baterías, contribuirá a la ciencia aportando, además, el valor de la capacidad de simulación y escalado para aproximar más la innovación a un entorno real. La Agenda 2030 contempla en sus 17 objetivos de Desarrollo Sostenible el Objetivo número 13 relacionado con  ‘Adoptar medidas urgentes para combatir el cambio climático y sus efectos’, por lo que el presente proyecto se alinea con este plan de acción global en favor de las personas, el planeta y la prosperidad.

Conscientes del reto y la responsabilidad que la incorporación de la Agenda 2030 supone, la Universidad Loyola, a través de la Comisión de Desarrollo, formuló en 2019 una propuesta para la incorporación de la agenda 2030 en la universidad, lo que implica abordarlo de forma transversal en las políticas universitarias, así como integrar la Agenda en los distintos ámbitos de acción de la universidad: la formación, la investigación y la extensión universitaria.

El proyecto está financiado por la Consejería de Economía, Conocimiento, Empresas y Universidad de la Junta de Andalucía, en concreto por la Convocatoria 2018 de ayudas para la realización de proyectos de I+D+I, destinadas a entidades privadas calificadas como agentes del Sistema Andaluz del Conocimiento. Adicionalmente, la temática del proyecto se encuadra también dentro de uno de los objetivos fundamentales del programa Horizonte 2020 de la Unión Europea como es la reducción de las emisiones de CO2 y la generación de sistemas de almacenamiento de energía, incluyendo sistemas a gran escala. Además, el almacenamiento de energía es uno de los puntos clave del Plan Tecnológico y Estratégico en energía Plataforma de simulación multifísica multiescala para baterías (SET-plan), la hoja de ruta europea que coordina la investigación en tecnologías energéticas, limpias, eficientes, y su penetración en el mercado a gran escala.