Transcribed from: Butlletí RECERCAT: M. Rosa Palacín: “Intentar aportar un petit gra de sorra a la revolució en el camp de les bateries és una gran satisfacció professional”Butlletí RECERCAT: M. Rosa Palacín: “Intentar aportar un petit gra de sorra a la revolució en el camp de les bateries és una gran satisfacció professional”

L’arribada del vehicle elèctric, l’emmagatzematge d’energies renovables i l’evolució de dispositius mòbils multifuncionals comparteixen un punt crític en el seu desenvolupament: la necessitat de bateries de rendiment cada cop més eficient i sostenibles. Aquest és el camp de recerca de la protagonista de l’entrevista de RECERCAT, la investigadora i sotsdirectora de l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC), M. Rosa Palacín. Química de formació i amb una carrera de recerca centrada en els materials per a bateries recarregables, Palacín repassa algunes de les línies d’investigació més prometedores en aquest àmbit, així com els desafiaments tecnològics de les bateries dels futurs vehicles elèctrics o  la situació de les dones investigadores al nostre país.

L’ICMAB centra la seva investigació en l’àmbit de la ciència de materials. Quin és l’objecte d’estudi d’aquesta disciplina?

Es tracta d’una recerca de tipus fonamental, duta a terme bàsicament per químics i físics, que es focalitza en el desenvolupament de nous materials i en l’estudi de materials ja coneguts, però sempre amb una vocació de practicitat. En d’altres paraules, busquem que el compost sobre el qual es treballa sigui finalment aplicable. En aquests moment, la recerca que fem l’ICMAB està encarada a tres grans àmbits d’aplicació: energia, electrònica i biomedicina.

Quin producte d’ús habitual és mostra de translació des de la ciència de materials al mercat?

Un exemple seria el kevlar, un material molt resistent que s’empra entre d’altres usos a les armilles antibales. Si fem la comparació amb la indústria farmacèutica, nosaltres som els desenvolupadors de les primeres molècules, que després demostren una activitat útil en assajos clínics i finalment acaben culminant en forma de medecines a les farmàcies.  Dels resultats de la recerca feta a l’ICMAB n’han sorgit dues companyies spin-off en temàtiques molt diferents.  El camí entre el laboratori i el mercat és llarg i dificultós i és per això que recentment hem incorporat una persona especialista en transferència de tecnologia.

Gran part de la seva tasca investigadora s’ha centrat en l’estudi de materials per a bateries. Que la va motivar a triar aquest àmbit?

Jo sóc química de formació, especialitzada en química inorgànica, i ja ben aviat vaig sentir interès pels materials. La meva tesi en química d’estat sòlid estava dedicada a la recerca nous superconductors. Posteriorment vaig continuar formant-me a França en un laboratori especialitzat en materials per a bateries, malgrat no ser la meva opció inicial. Allà vaig descobrir un aspecte que em va apassionar: podia fer ciència bàsica al laboratori i alhora estar a tocar del món de l’empresa i de l’usuari final. Vaig acabar el postdoctorat amb una idea molt clara de què volia fer, i en tornar a Catalunya l’any 1996 ja no vaig canviar de tema. Des d’aleshores, tracto d’aprendre i diversificar-me tant com puc dins d’un àmbit que em segueix apassionant i que a més ara està de plena actualitat arran de la irrupció del vehicle elèctric. Viure aquesta revolució i aportar-hi el meu petit gra de sorra ha representat una gran satisfacció professional.

L'evolució del rendiment dels dispositius electrònics ha superat en gran mesura les prestacions de les bateries que els alimenten. Això ha provocat el conegut efecte de “les bateries cada cop duren menys”. La recerca en nous materials pot arribar a compassar aquests dos ritmes?

Esperem que sigui així. En qualsevol cas, discrepo de l’opinió que sosté que les bateries duren menys: el problema és que ara els demanem molt més. Els primers telèfons mòbils tenien una pantalla petita en blanc i negre i no disposaven de connexió a xarxes, per la qual cosa gaudien de gran autonomia malgrat que les bateries en realitat tenien curta menys capacitat. La tecnologia amb penes i treballs pot seguir el ritme de les exigències del mercat, perquè a més de bon rendiment es demanden bateries que pesin poc, que siguin primes, etc. El progrés de la quantitat d’energia emmagatzemable en un cert volum és espectacular. Pel que fa a la duració de la vida de les bateries, les de l’electrònica portàtil (mòbils, tauletes, portàtils) estan dissenyades per resistir la vida útil del dispositiu que acaba essent d’uns pocs anys. El cavall de batalla actual el tenim amb el vehicle elèctric, perquè requereix de bateries que han de durar 10 o 15 anys, tant com el cotxe, atès que són components enormes equivalents a milers de mòbils amb un preu molt elevat que no es poden substituir cada dos o tres anys. Aquí se’ns obre un nou camp: allargar la vida d’aquestes bateries i mitigar-ne la degradació.

La seva recerca sobre materials per a bateries recarregables es va iniciar en materials “tradicionals” basats en níquel o liti, i posteriorment ha evolucionat cap a altres elements alternatius com ara el sodi o el calci. Hi ha perspectives d’una bateria comercial basada en aquests materials tan abundants?

De calci de moment no, de sodi penso que sí. Les bateries d’ió liti tenen una bona densitat d’energia, però quan pensem en mòbils, vehicles elèctrics o, a escala major, emmagatzematge de renovables, ens hem de plantejar si ens cal la mateixa tecnologia per a tot. En el cas d’una bateria que no s’hagi de moure, per exemple, no és gaire important que sigui lleugera. El sodi és molt semblant químicament al liti, pot prestar el mateix servei. Se n’han fet prototips que funcionen molt bé, fins i tot hi ha dues start-ups a Europa que estan començant a desenvolupar-ne la tecnologia. Pot ser competitiu respecte l’ió liti en prestacions, amb l’avantatge de tractar-se d’un element molt abundant que elimina les incerteses geopolítiques de l’abastiment del liti, un element escàs a l’escorça terrestre. La bateria de calci, per contra, es troba a la infantesa. A l’ICMAB hem buscat alternatives d’altres metalls que es poguessin emprar sense produir dendrites com les que genera el liti metàl·lic, que poden donar problemes de seguretat. L’any 2000 a Israel es va aconseguir la prova de concepte  de la primera bateria recarregable de magnesi, però no han arribat al mercat a causa de diversos problemes. Semblava que amb el calci tampoc no era possible, però hem comprovat que el calci metàl·lic podria ser un bon material d’elèctrode negatiu. Ara estem immersos en un projecte europeu per identificar un material d’elèctrode positiu i fer una cel·la completa. El concepte no està provat encara ni tan sols al laboratori així que estem tractant d’esbrinar si pot arribar a funcionar o no i per tant molt lluny del mercat.

Com creu que seran les bateries dels vehicles elèctrics que haurien de substituir els de combustió en un horitzó de 10 anys?

Dins d’aquest termini penso que seran d’ió liti, perquè per ara al laboratori no disposem de cap tecnologia millor. Podrien ser també d’ió sodi sense gaire diferència de prestacions. Però atès que encara hem de treballar buscant els materials i que l’avantatge seria sobretot de cost, crec que les de sodi tindran més aplicació en l’emmagatzematge d’energies renovables. A partir d’aquí, vull creure que altres tecnologies  tindran futur a llarg termini. Es parla molt també de les bateries en estat sòlid, que alguns fabricants d’automòbils sostenen que faran servir aviat, però el fet que emprin liti metàl·lic en l’elèctrode negatiu encara presenta molts problemes. En qualsevol cas, per a les tecnologies noves de trinca estem parlant de períodes de desenvolupament i implantació de com a mínim de 25 anys de marge.

Com serà la substitució d’automòbils de combustió a cotxes elèctrics amb prestacions homologables?

El període de transició no podrà estar ben cobert, per la qual cosa jo aposto per la diversificació: ni tots els vehicles seran iguals ni disposaran de les mateixes bateries. A banda dels automòbils, també hi ha vehicles de construcció, de transport, etc. Tipologies com ara les flotes d’ús urbà podran ser elèctriques molt fàcilment, ja que tindran fàcil accés a la infraestructura de recàrrega. En canvi, serà més dificultós que ho siguin els de llarg recorregut, perquè exigeixen càrregues ràpides que penalitzen la vida de la bateria.

Per finalitzar, una reflexió en clau de gènere en tant que investigadora i subdirectora d’un centre. La major presència d’homes en càrrecs de major responsabilitat en el món de la recerca encara és molt present. Des de l’experiència d’una trajectòria d’èxit com la seva, com creu que es pot augmentar la igualtat de gènere en recerca?

Un punt primordial és el de la conciliació familiar. Avui no hi ha barreres de gènere per accedir a la ciència, però es tracta d’una feina que demana  dedicació en què el període més productiu coincideix amb el de l’edat fèrtil. Jo tinc dos fills i en ocasions ha estat complicat conciliar vida familiar i carrera científica. Però disposem de solucions simples, com ara  les videoconferències, que m’han estalviat molts viatges. També és molt important que donem visibilitat a les dones que hi ha en l’àmbit STEM per a inspirar futures vocacions. Tinguem present que, per sort, els nostres indicadors no són tan negatius com els de països com ara Alemanya o Holanda, on és molt difícil trobar dones en ciència. Dones en ciència n’hi ha i les hem de fes visibles. Pel que fa a les polítiques de discriminació positiva, de vegades poden tenir resultats ambivalents i les dones poden sentir-se menystingudes pel fet que la teva presència s’interpreti com una simple qüestió de quota. En qualsevol cas, crec que anem pel bon camí i que la conciliació familiar és molt millor ara que 20 anys enrere; per exemple, ja no es convoquen reunions a hores intempestives, en part perquè els homes també volen recollir els nens a l’escola! El camí es llarg però anem fent passos en la direcció correcta.

More information:

• Butlletí RECERCAT (February 2019)