Irakasgaiaren azalpena eta testuingurua

Azken hamarkadetan mundu mailan eman de energia kontsumoaren hazkundeak eta erregai fosilen bitartez sorturiko energia alde batera uzteko nahiak, energia berriztagarrien erabilera, zein mugikortasun modelo berri baten beharra piztu du. Trantsizio prozesu horrek hobekuntza sakon bat eskatzen du energia banaketaren efizientzian, xede honetan oinarrituz biltegiratze sistemak ezinbesteko bailabide bihurtu dira.



“Biltegiratze energetiko 2” ikasgaia etorkizuneko biltegiratze energetikoko teknologia ezberdinen ikaksketan dago oinarriturik. Hauetako teknologia asko garapen maila ezberdinetan aurkitzen dira gaur egun. Hori dela eta maia ezberdinetak aztertuko dira, kontzeptu zientifiko-teknologikoetatik hasiz, prozesu metodo ezberdinak zein izan litezkeen aplikazioak aztertuz. Landuko diren teknologien artean; superkapazitoreak, garapen maila handian aurkitzen diren sistemak, Litio-ioi ostean datozen baterien generazio berriak eta quimica berrian oinrrituriko teknologiak aztertuko dira.Gainera ikasgaian, bateria berrien diseinuan hain garrantzitsuak diren metodo konputazionalak landuko dira.

Irakasgaia ikastean lortuko diren emaitzak

- Li-ioi teknologiaren ostea datozen bateria berrien generazioaren identifikazioa; Li-S, egoera solidoa ala Li-metalikoa. Industriak tekonologia ezberdinetan izango duen tendentziaren ebaluazioa, garapen maila eta etorkizuneko erronkak.



- Na-ioi, K-ioi, Mg2+ ala Ca2+ bezalako metal multibalenteen ioi eta metal airean oinarrituriko bateria emergenteen ulermena:



o Aipaturiko teknologiak eta gaur egungo Li-ioi baterien arteko oinarrizko antzekotasun eta ezberdintasunak.

o Bateria eta hauen aldagaien (elektrodo, elektrolito...) garapenerako erabiliko diren material berriak.

o Aplikazio ezberdinetan erabiliko diren sistemen abantaila eta desabantailen hausnarketa egitea.

o Komertzializaziora begira jarraitu beharreko bidea eta merkaturatzeko erronkak gainditzea.



- Superkondentsadoren fundamentu electrokimikoen ulermena sakontzea, abantaila eta mugak aztertu. Honek suposatzen du oinarrizko aldagaiak, elektrolito, material eta fundamentuak ezagutzea. Ikasleek laborategi eskalako prototipo txikiak muntatzen ikasiko dute.



- Simulazio atomistikoak baterien materialetan eskaintzen duen haukeren ulermena. Atentzio berezia ezarriko da teknika konputazional ezberdinek eskaintzen dituzten muga eta abantailak egoki identfikatzeko gaitasuna izatea. Honen harira aztertuko diren arloak: (i) Esparru honetan lantzen diren teknika ezberdinen oinarrizko fundamentu teorikoak ( dentsitatearen teoria funtzionala, indar eremuak, laginketa tresnak, egitura optimizazioa,...etab); (ii) Kalkulatu daitezkeen aldagaien propietateak ( bateriaren boltaia, solidoetan ematen den difusio ionikoaren hesiak, faseen arteko egonkortasun erlatiboa,...) eta nola egin; (iii) simulazio atomikoaren eta errendimendu altuko bahetzeko tekniken konbinaketa material berriak aurkitzeko.



- Baterien oinarrizko prozesaketa metodoen ulermena. Baterien arloarekin zer ikusirik ez duten beste industrietan erabiltzen diren teknika berrien ikasketa eta hauek baterien munduan izan ditzazketen erabilerak aztertzea.

Ohiko deialdia: orientazioak eta uko egitea

Idatzizko froba: 50%

Informea: 30%

Ahozko froga (informearen aurkezpena): 20%



Ikasgaia behin hamaitua idatzizko froga burutuko da. Froga hau bost bloketan banatuta egongo da, gai bakoitzeko bat. Bloke bakoizak 10 puntuko balioa izango du puntuazio maximoa 50 izanik. Beharrezkoa izango da bloke bakoitzean gutxienez 5 puntu lortzea idatzizko frogak nota amaieran balio izan dezan. Ikasleek informe bat egin beharko dute kasgaiarekin erlazioa duen gai baten inguruan. Informe honek 30 putnuko balio maximoa izango du, 15 izanik beharrezko gutxieneko puntuazioa nota finalea kontuan izateko. Informe honen inguruan ahozko froga bat egingo da. Aurkezpen honek 20 minutko iraupena izango du. Denbora honi ebaluazio tribunalak beharrezkoak ikusten dituen galderen iraupena gehituz. Ahozko froga gehinezko 20 puntu izango ditu eta nota finalean kontuan izateko gutxieneko 10 puntu lortu beharko dira.



Froga bakoitzean lorturiko emaitza gehitu egingo da, nota finalean lortuko den gehienezko nota 100 izanik.

Ezohiko deialdia: orientazioak eta uko egitea

Ohiko deialdian azalduriko prozedura berdina jarraituko da. Gainditu ez duten ikasleek ala kurtsoan zehar egin beharreko ikasketa ebaluazio jarduerak (laborategi praktikak, ariketak,...) burutu ez dituenak, dagozkion jardueren inguruko azterketa bat burutu beharko du, ahozko froga bat izanik.

Irakasgai-zerrenda

1- Post Li-ioi bateriak

Li-S, Li metal eta egoera solidoko baterien generazio berrian ematen ari diren garapenak. Bateri hauetan ematen diren funtzionamendu prozesu nagusien ikasketa, haien mugak eta erabilera abanailak ezagutuz.



2- Energia elekrokimikoa biltegiratzerako kimika berriak

Baterien arloan hasi berri diren teknologia berrien sarrera, ala nola, Na-ioi, K-ioi ala metal-aire. Oinarrizko funtzionamenduaren ikasketa, matela-aire baterien diseinu berriak, katalisia eta oxigenoaren oxidazio erredukzio prozesuak.



3- Kapazitore elektrokimikoak

Oinarrizko operazioetarako sarrera, superkapazitore moten sailkapena eta izan ditzaken aplikazio ezberdinak: i) Oinarrizko oinarriak; ii) zelden konfigurazioa; iii) teknika analitikoak eta datuen tratamendua; iv) aplikazio nagusiak.



4- Solidoetarako metodo konputazional kimikoak

Kimika kuantikorako sarrera, baterietarako material berrien diseinu konputazionala, dentsitatearen teoria funtzionala eta dinamika molekularraren simulazioa.



5- Prozesamendurako metodo berriak.

Baterien prozesamendu metodoetarako sarrera. Prozesamendu interdisziplinar tekonologiaren ikasketa, biltegiratze energetikoko sistemen produkziorako.

Bibliografia

Nahitaez erabili beharreko materiala

Ikasleek kurtso asieran irakasleek igoko dituzten galdera zein ariketen txostena erabili beaharko dituzte. Ikasgai bakoitzeko ariketa zein galdera txosten bat egongo da eta hauek denak eGela plataforman egongo da eskuragarri.







Ikasleak eGela plataforman, ikasgaiaren gai-zerrenda eta praktiken gidoia izango dute eskuragarri formatu elektronikoan, beti ere eskoletako jarraipena zein gaien ulermena errazagoa izan dezan.

Oinarrizko bibliografia

- J.M. Tarascon, P. Barboux and R. Palacin. 2007. New Chemistries: Beyond Li-Ion, latest Edition, Wiley.

- V. Neburchilov and J. Zhang. 2016. Metal¿Air and Metal¿Sulfur Batteries: Fundamentals and Applications, CRC Press.

- B. Conway. 1999. Electrochemical Supercapacitors: Scientific Fundametals and Technlogical Applications, Kluwer Academic / Plenum Publishers.

- F. Béguin and E. Frackowiak. 2013. Supercapacitors: Materials, Systems, and Applications, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.

- F. Jensen. 2007. Introduction to Computational Chemistry, 2nd Edition, Wiley.

- R. Dronskowski and R. Hoffmann. 2005. Computational Chemistry of Solid State Materials: A Guide for Materials Scientists, Chemists, Physicists and others, Wiley.

Gehiago sakontzeko bibliografia

- Multivalent rechargeable batteries, A. Ponrouch, J. Biten, R. Dominko, N. Lindahl, P. Johansson and R. Palacin, Energy Storage Materials (2019). In press, open access (DOI: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.04.012 )







- Towards K‐Ion and Na‐Ion Batteries as “Beyond Li‐Ion”, K. Kubota, M. Dahbi, T. Hosaka, S. Kumakura, S. Komaba, The Chemical Report 18, 459 (2018) (DOI: https://doi.org/10.1002/tcr.201700057 )







- E. Goikolea, R. Mysyk, Chapter 4 “Nanotechnology in Electrochemical Capacitors”, in Emerging Nanotechnologies in Rechargeable Energy Storage System, Editors: Lide M Rodriguez-Martinez, Noshin Omar, Elsevier, 2017, p.131-169.







- N. J. Dudney and B. J. Neudecker, “Solid State Thin-Film Lithium Battery Systems,” Curr. Opin. Solid State Mat. Sci., 4(5) (1999), pp. 479–482.