Descripción y contextualización de la asignatura

El curso de almacenamiento de energía se centrará en futuras tecnologías de almacenamiento de energía que se encuentran en diferentes niveles de madurez. Desde supercapacitores que son una alternativa actual a las baterías de iones de litio en algunas aplicaciones, a través de las baterías de iones de litio de próxima generación, a tecnologías basadas en nuevas químicas. El curso presentará el uso de métodos computacionales como una poderosa herramienta para el diseño de baterías, así como la aplicación de nuevos métodos de procesamiento utilizados en otros campos de aplicaciones.

Resultados del aprendizaje de la asignatura

- Identificar las principales tecnologías que formarán la nueva generación de baterías post ion-Li: Li-S, estado sólido y Li-metal. Evaluar las tendencias de la industria en las diferentes tecnologías, grado de avance y retos a superar.





- Comprender las tecnologías emergentes de baterías basadas en ion-Na, ion-K, iones de metales multivalentes como Mg2+ o Ca2+ y metal-aire





: o Similitudes y diferencias fundamentales de estas tecnologías respecto a la actual comercial de ion-Li.



o Principales materiales utilizados para el desarrollo de estas nuevas baterías y sus componentes (electrodo, electrolito¿)



o Evaluación de las ventajas e inconvenientes de cada una de ellas en diferentes campos de aplicación.



o Grado de avance hacia la comercialización y retos a superar para su introducción en el mercado.





- Profundizar en la comprensión de los fundamentos de los capacitores electroquímicos y sus aplicaciones, ventajas y limitaciones. Esto incluye el aprendizaje de los principios operacionales, electrolitos, materiales, componentes de celda y áreas de aplicación práctica. Los estudiantes adquirirán experiencia práctica ensamblando prototipos de celda a escala laboratorio.





- Comprender las posibilidades que ofrece la simulación atomística de materiales para baterías, en general. Se prestará especial atención a que sean capaces de entender las ventajas y limitaciones que ofrecen las distintas técnicas computacionales más relevantes dentro del campo. En este sentido, se introducirán: (i) Los fundamentos teóricos de las técnicas más comúnmente empleadas en el estado del arte (teoría del funcional de la densidad, campos de fuerzas, herramientas de muestreo y optimización estructural, etc.); (ii) Las propiedades de materiales susceptibles de ser calculadas (voltajes de celda, barreras de difusión iónica en sólidos, estabilidad relativa de fases, etc.) y cómo hacerlo; y (iii) La combinación de simulación atómica y técnicas de cribado de alto rendimiento para acelerar el descubrimiento de nuevos materiales.





- Comprensión de los métodos de procesado convencionales para baterías. Aprendizaje de nuevas técnicas de procesado utilizadas en otras industrias ajenas al campo y evaluación de su potencial para la fabricación de baterías a escala industrial en el medio-largo plazo.

Temario

1- Post baterías de iones de litio

Avances en baterías Li-S, Li-metal y estado sólido. Comprensión fundamental de los procesos que rigen el funcionamiento de la batería y las limitaciones de rendimiento.

2- Nuevas químicas

Introducción a las nuevas tecnologías de baterías como Na-ion y metal-aire. Estudio de nuevas químicas más allá de las tecnologías basadas en litio.

3- Condensadores electroquímicos

Introducción a las características operativas, tipos principales y aplicaciones de supercondensadores.

4- Métodos de química computacional para sólidos

Introducción a la química cuántica diseño computacional de materiales de almacenamiento de energía para baterías recargables: Un enfoque en los métodos de densidad funcional.

5- Nuevos métodos de procesamiento

Tecnologías de procesamiento transfronterizo aplicadas a la producción de sistemas de almacenamiento de energía.

Bibliografía

Bibliografía básica

- 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.