El almacenamiento eficaz de energía es un requisito previo en la búsqueda de fuentes alternativas de energías sostenibles por lo que las baterías recargables de elevada capacidad y eficiencia tienen especial relevancia. En este objetivo del programa de investigación la finalidad es la mejora de las características y la seguridad  en uso de los dispositivos electroquímicos.

De modo general, se prepararán electrolitos sólidos (SE) con:

• elevada conductividad iónica,
• baja conductividad electrónica,
• buenas propiedades mecánicas,
• elevada estabilidad
• buena compatibilidad con electrodos.

Con todo lo anterior, lo que se busca es mejorar la movilidad de litio y de sodio en compuestos con estructura tipo perovskita (Li,Na)_3xLa_2/3xTiO₃, (Li,Na)_3xLa_2/3xNb₂O₃), NASICON (Li,Na)_1+xTi_2x, Al_x(PO₄)₃ y (Li,Na)₇La₃Zr₂O₁₂, (Li,Na)_5+3xLa_3xNb₂O₁₂), granate. Con el fin de buscar nuevas alternativas, el estudio será ampliado a compuestos derivados de oxicloruros Li₃OCl y sulfuros Li₁₀GeP₂S₁₂ tanto cristalinos como vítreos.

En cuanto a los electrolitos poliméricos se prepararán membranas conductoras alternativas a las de polióxido de etileno (PEO) con sales dispersas. Se propone la preparación de nanocomposites con cargas inorgánicas activas, como superconductores iónicos de Li y de Na que estamos desarrollando. También se prepararán membranas conductoras protónicas de polisulfona sulfonada en las que se intercambia el H⁺ por Li⁺ o por Na⁺.

En una segunda etapa, se buscará optimizar las propiedades de transporte, prestando especial atención a mejorar la densificación en electrolitos sólidos mediante elaboración de capas gruesas densas con la técnica de inkjet y laminas delgadas con la técnica sol-gel. En ambos casos la utilización de materiales nanométricos será determinante. La introducción de diferentes cargas inorgánicas en las membranas poliméricas tendrá como objeto mejorar su conductividad iónica, su resistencia mecánica y su resistencia química frente a procesos redox. Para mejorar las cinéticas de inserción/extracción de litio serán preparados materiales macroporosos nanoestructurados.

Las actividades previstas para la consecución de los objetivos propuestos son:

Actividad 1: Preparación de los materiales en forma de polvo para posterior elaboración de cerámicas densas.

Actividad 2: Caracterización estructural (difracción Rayos X y neutrones), microestructural (difracción de electrones, microscopía electrónica de alta resolución) y composicional (análisis químico, análisis térmico, XPS y EDS). Utilización de las técnicas RMN para estudiar los sitios ocupados y la movilidad de los iones Li y Na.

Actividad 3: Estudio de los factores estructurales que favorece la conductividad iónica. En este apartado semedirán los coeficientes de difusión con la técnica RMN (PFG).

Actividad 4: Preparación de materiales con tamaño de partícula nanométrico utilizando diversas técnicas: solgel, activación mecánica, ópalos inversos, con el fin de evaluar la influencia del menor tamaño de partícula sobre las propiedades de transporte.

Actividad 5: Preparación y caracterización de nanocomposites (incorporación a membrana polimérica de conductores iónicos rápidos tipo perovskita, NASICON y granate). En membranas de polisulfona sulfonada se intercambiará H⁺ por Li⁺ o Na⁺. Estudio de las prestaciones electroquímicas de electrolitos sólidos.

Actividad 6: Escalado del proceso de síntesis y fabricación de electrolitos sólidos (capas delgadas y membranas poliméricas) de calidad suficiente para ser utilizados en dispositivos electroquímicos .

Los hitos previstos en el desarrollo del programa de investigación dentro de este objetivo son:

A los 18 meses:

1. Preparación de compuestos con elevada conductividad,
2. Obtención de nanomateriales,
3. Caracterización estructural y microestructural de materiales cerámicos,
4. Caracterización eléctrica de materiales.
5. Desarrollo de rutas químicas solgel para la preparación de láminas delgadas.
6. Elaboración de diferentes artículos.

De 18 a 36meses:

1. Optimización de interfases electrodoelectrolito.
2. Optimización de las propiedades mecánicas, térmicas y electroquímicas;
3. Preparación de materiales híbridos organicoinorgánicos.

De 36 a 48 meses:

1. Escalado del proceso de síntesis;
2. Procesado de electrodos y electrolitos para elaboración de baterías de estado sólido.
3. Oferta tecnológica.