Se concentra en diferentes áreas vinculadas con aplicaciones en energía. Estas involucran la síntesis y caracterización de materiales, masivos y nanoestructurados, para su uso en baterías y en almacenamiento de hidrógeno.
En el área de baterías de ión-litio se trabaja en el desarrollo de materiales nanoestructurados (de interés en ambos electrodos), mientras que en el sector de almacenamiento de hidrógeno, las instalaciones y experiencia del grupo permiten cubrir el ciclo completo de diseño, simulación y construcción de almacenadores de hidrógeno y síntesis de los materiales formadores de hidruros.

En esta página

• Actividades que se realizan
• Equipamiento

Actividades que se realizan

Almacenamiento de hidrógeno en hidruros

• Estudio y diseño de contenedores de hidruros

  • Estudio numérico de los prefiles internos de temperatura y concentración de hidrógeno, complementando estos resultados con estudios experimentales específicos.
  • Definición de rutina para optimizar matemáticamente los perfiles de superficies de intercambio de calor para determinadas condiciones.
  • Estudio de las condiciones térmicas de contenedores de hidruros obteniendo tiempos de reacción generalizados en función de las propiedades termodinámicas y cinéticas de distintas aleaciones.
  • Fabricación y caracterización de contenedores prototipo es relevante en esta línea.

• Producción y caracterización de hidruros

  • Manejo de distintos tipos de aleaciones para almacenamiento de hidrógeno.

Microscopía y espectroscopía de pérdida de energía de electrones (EELS)

• Correlación de caracterización estructural, química y electrónica de la misma región de un material a escala nanométrica y con alta resolución en energía, complementada con cálculos de la estructura electrónica y de los espectros de EELS como forma de alcanzar una descripción robusta de los resultados experimentales.
• Implementación de la técnica de tomografía de electrones, para la descripción de los materiales en tres dimensiones y correlacionar la nanometrología medida con las propiedades observadas.

Baterías recargables: Ni-MH y Li-ion

• Diseño y síntesis de aleaciones formadoras de hidruro, las cuales componen el material activo del ánodo de la batería de Ni-MH.
• Obtención de aleaciones con elevada capacidad, activación rápida y buenas prestaciones a corrientes de descarga altas.
• Síntesis de aleaciones por fusión de los elementos componentes en hornos de arco eléctrico o de inducción, pudiéndose utilizar también las técnicas de molienda y aleado mecánico.
• Empleo de distintas técnicas para la caracterización electroquímica, tales como ciclado de carga y descarga, espectroscopía de impedancia electroquímica y descarga a altos regímenes de corriente.
• Desarrollo de compuestos para materiales activos anódicos y catódicos.
• Utilización de varios métodos de síntesis, como por ejemplo, síntesis hidrotermal, por reacción en estado sólido y vía sol-gel.
• Caracterización estructural por medio de DRX, SEM, EDS y TEM.
• Realización de estudios electroquímicos utilizando una celda electroquímica especial, la cual se ensambla con los materiales activos a estudiar dentro de una caja de guantes con atmósfera inerte.
• Utilización de técnicas electroquímicas tales como ciclado de carga y descarga, voltamperometría cíclica, espectroscopía de impedancia electroquímica y descarga a altos regímenes de corriente.

Modelado y cálculo de propiedades de materiales

• Modelado y Simulación de la interacción de hidrógeno con materiales y nanomateriales
  • Comportamiento de Hidrógeno en materiales: metales, aleaciones, tierras raras.
  • Propiedades físicas y químicas de los sistemas metal-hidrógeno.
  • Métodos basados en el formalismo de la funcional densidad: modelo de jellium, pseudopotenciales, LAPW.
• Interacción de radiación con la materia
  • Penetración de partículas en la materia condensada.
  • Procesos de frenamiento.
  • Excitación de plasmones de volumen y superficie.
  • Excitaciones colectivas en nanomateriales.
  • Daño por hidrógeno.
  • Aplicación a reactores de última generación.

Dispositivos y materiales de fusión nuclear.

Equipamiento

Hornos

• Horno de inducción y alto vacío BALZERS
  • Horno de inducción de alto vacío, marca BALZERS-PFEIFFER modelo VSG 10.
  • Hasta 2000 ºC, gracias a los sistemas de refrigeración que posee.
  • Máximo volumen de metal fundido es de 1,6 litros (equivalente a 12 kg de acero), dependiendo del tipo de crisol a utilizar.
  • En su cámara de fundición se puede realizar vacío hasta el orden de 1 x 10^-5 mbar, pero también se puede acondicionar para fundir con atmósfera de diferentes gases, como gases inertes o combustibles.
  • Sistema de seguridad para operación segura con gases combustibles, o posibilidad de realizar fundiciones con barrido de gases (atmósfera dinámica), controlando el caudal.
  • Dispositivo incorporado rotativo con cuatro accesorios comúnmente usados en el proceso de fundición: Termocupla de inmersión hasta 1600 ºC; pirómetro infrarrojo para temperaturas de 1600 ºC a 2000 ºC; tolva de 0,5 litros para adición de aleantes en segunda etapa; lanza rompe escoria e insufladora de gases.
  • Los accesorios cuentan con su propio sistema de vacío para acondicionar el ingreso a la cámara de fundición durante el proceso.
  • La cámara de fundición está provista de una mirilla para observar el proceso, el ingreso de los accesorios o grabación de videos.
  • Capacidad de colar el metal fundido dentro de la cámara de fundición mediante soporte de moldes rotativo comandado desde el exterior, permitiendo colocar varios moldes y colar sin abrir la cámara. Esto garantiza la pureza de las piezas o probetas, ya que se evita el contacto con atmósferas no deseadas.
• Horno de inducción de alta frecuencia LEPEL
  • Marca LEPEL modelo T-10-3-DF-E-S, Tipo T-1003-26, se utiliza para la obtención de aleaciones en cantidades experimentales, generalmente “botones” de decenas de gramos.
  • Apto para investigaciones en fusión de metales, tratamientos de endurecimiento, recocido, alivio de tensiones, soldaduras, calentamiento para unión por ajuste, calentamiento de semiconductores.
  • Adaptado para trabajar con vacío del orden de 1 x 10-3 mbar, o con gases de protección como el argón. Para cada aplicación se diseña una cápsula de cuarzo donde se insertan los aleantes a fundir, en pequeños crisoles de material compatible.
  • Permite instalar bobinas de cobre, refrigeradas internamente con agua, de diversos formatos; por ejemplo, bobinas con espiras planas para calentamientos localizados, bobinas cilíndricas para fusión, o diseños especiales.
  • Cuenta con mecanismo de movimiento continuo, que proporciona un movimiento relativo entre crisol y bobina, normalmente utilizado para variar tamaños de grano y crecimiento de monocristales.
  • Su carrera es de aproximadamente 700 mm. Esto permite también llevar a cabo operaciones de refinación zonal (zone-refining o zone-melting) en barras de metales o aleaciones.
  • Los crisoles pueden tener un diámetro promedio de 50 mm y la altura depende de la función. Habitualmente son de nitruro de boro, alúmina y grafito.

Otros equipamientos

• Caja de guantes
• Molienda metálica
• Equipos volumétricos
• Medición de trazas de hidrógeno en materiales
• Simulaciones numéricas
  • FEFF: Permite calcular la estructura electrónica de un material en el espacio real mediante el método de la función de Green.
  • Calcula los espectros de EELS incorporando las condiciones experimentales de adquisición. Apropiado para el estudio de defectos cristalinos (vacancias, dopantes) e interfaces.
  • ACSLX (Advanced Continuous Simulation Language - X). Lenguaje de simulación para Sistema Operativo Windows, para simular procesos continuos, con arquitectura abierta (actualizable).
• Equipos voltamperométricos