Proyecto de investigación
Desarrollo de Herramientas Computacionales para el Diseño de Materiales para Aplicaciones de Almacenamiento Eficiente de Energía
Responsable: María del Pilar Ariza Moreno
Tipo de Proyecto/Ayuda: Plan Estatal 2013-2016 Retos - Proyectos I+D+i
Referencia: DPI2015-66534-R
Fecha de Inicio: 01-01-2016
Fecha de Finalización: 31-12-2019
Empresa/Organismo financiador/es:
- Ministerio de Economía y Competitividad
Equipo:
- Equipo de Trabajo:
- Juan Pedro Méndez Granado
- Michael Ortiz
- Mauricio Ponga de la Torre
- Francisco Arca Cebrián
- Carlos Sánchez Martín
Contratados:
- Investigadores:
- Técnicos/Personal Administrativo:
Resumen del proyecto:
El diseño de nanomateriales juega un papel fundamental en el desarrollo de nuevas tecnologías y sistemas de almacenamiento de energía, y por lo tanto resulta ser un punto clave para la mejora competitiva del sector de las energías limpias y renovables. Los avances conseguidos en el terreno de la caracterización predictiva de materiales nanoestructurados son muy significativos. Sin embargo, hasta la fecha, la mayoría de los enfoques a nivel mesoscópico tienen la dinámica molecular como su principal arquetipo, tanto para la representación del problema, como en los aspectos puramente computacionales. Desafortunadamente, estas aproximaciones presentan algunas limitaciones, principalmente la necesidad de resolver escalas de tiempo del orden de femtosegundos, lo cual las hace inadecuadas para el estudio de procesos cinéticos lentos. En consecuencia, para poder formular estos procesos mediante modelos atomísticos es preciso recurrir a esquemas radicalmente nuevos.
Este análisis constituye la base y motivación principales de la investigación que se propone. En concreto, nuestro objetivo es desarrollar una plataforma computacional eficiente, que basándose en un conocimiento detallado de los mecanismos atomísticos complejos que gobiernan la nanoescala, permita el diseño de sistemas de almacenamiento de energía nuevos y para el mundo real, y en los cuales los procesos cinéticos son cruciales para garantizar un diseño y funcionamiento eficaces.
Nosotros proponemos alcanzar esta meta mediante los siguientes objetivos específicos: (i) Modelización a escala atomística de procesos termo-químico-mecánicos acoplados lentos y fuera del equilibrio, mediante teorías de aproximación de campo medio; (ii) Caracterización de las propiedades efectivas de los materiales y la evolución de defectos estructurales, basándonos en leyes cinéticas atomísticas pero con base experimental y en técnicas de engrosamiento espacial; (iii) Descubrimiento y diseño de materiales nanoestructurados innovadores, en particular aplicados a (a) materiales para el almacenamiento de hidrógeno y (b) baterías de litio con base de grafeno.
El producto final de esta investigación será una herramienta computacional en código abierto que permita, tanto a otros investigadores como a ingenieros, acercar distancias entre la predicción mesoscópica de los ciclos de vida de funcionamiento completo de dispositivos y los procesos fundamentales y propiedades de los materiales en la escala atomística.
