Informe Parcial

Proyecto SIP: 20060768 “Materiales Nanocristalinos Almacenadores de Hidrógeno”

1- La Economía del Hidrógeno La evolución de los combustibles en la historia, desde el carbón a través del petróleo hasta el gas natural, ha seguido la dirección del aumento de contenido de hidrógeno, y finalmente debe alcanzar el hidrógeno puro como punto de destino. La economía de hidrógeno ofrece una visión prometedora de un futuro con energía abundante, limpia y flexible. El hidrógeno se podría producir directamente de la luz solar, con procesos fotoelectrolíticos, sin absolutamente ninguna producción de carbono asociada. El hidrógeno serviría de almacenador de energía para realizar trabajo eléctrico con pilas de combustible en los sistemas de transporte, con una gran eficiencia de la conversión de energía, y resultando agua como el único residuo del proceso. El almacenamiento de hidrógeno también podrá contrarrestar el carácter intermitente de otras fuentes de energía renovable, como la solar y la eólica. Para poner en marcha esta economía de hidrógeno a escala global, se requieren significativos avances científicos y técnicos. Pero la economía de hidrógeno proporcionaría beneficios enormes. Primero, limitar las emisiones de carbono y paliar así el calentamiento global. Además, a medida que disminuyan en las próximas décadas las reservas accesibles de petróleo, según indican las estimaciones, una economía de hidrógeno que tome el relevo de los derivados del petróleo, puede evitar una crisis mundial de grandes proporciones. Sin embargo, la falta de sistemas de almacenamiento de hidrógeno convenientes (con bajo peso y bajo costo) limita el desarrollo de la economía de hidrógeno. El hidrógeno tiene más alto contenido de energía por unidad de peso que cualquier elemento conocido (Fig. 1), pero también es el elemento más ligero que existe (el núcleo del átomo de hidrógeno es un solo protón). Por lo tanto un volumen de hidrógeno contiene una cantidad de energía muy baja: los 4 kg de hidrógeno que se necesitan para una distancia práctica de conducción ocupan 49 m3. El problema del almacenamiento del hidrógeno es reducir este volumen enorme del gas hidrógeno. Para que la economía de hidrógeno evolucione, los consumidores necesitarán tener fácil acceso al hidrógeno, y su almacenamiento será una de las claves. La mejora de los sistemas de almacenamiento de hidrógeno hará posible los vehículos híbridos, y eventualmente los vehículos de pila de combustible. La facilidad de almacenamiento de hidrógeno también incrementará notablemente el valor de mercado y el desarrollo de los sistemas de generación de energía limpia, y en particular los sistemas de producción de hidrógeno directamente a partir de la luz solar. Los motores de combustión interna de hidrógeno, aunque no están exentos de emisiones de carbono, pueden constituir un importante primer paso en la transición a un sistema de transporte basado en hidrógeno. Las compañías de automóviles podrían seguir usando las plantas de producción actuales, mientras que el uso de hidrógeno en motores de combustión estimulará la producción y distribución de hidrógeno, así como avances en los sistemas de almacenamiento de hidrógeno. El desarrollo de sistemas de almacenamiento de hidrógeno también servirá para distribuir la red energética. Actualmente la electricidad se obtiene de redes centralizadas de proporciones gigantescas. La distribución de electricidad desde el generador hasta el usuario involucra dos pasos principales: la transmisión, a voltajes altos, y la distribución a bajo voltaje. Existen muchas pérdidas por la resistencia de las líneas de transmisión y en los transformadores. En grandes redes el costo de transportar la electricidad supera al de su generación.

Hidrógeno Gas Gasolina Plomo NiCd NiH ion Li Sodio

Figura 1. Energías específicas teóricas (kWh/ton) y densidades de energía (kWh/m3) de varios combustibles, como la gasolina, el gas natural y el hidrógeno, y sistemas de batería recargable. 2- Nanotecnología y Energía Recientemente ha comenzado una revolución científica y tecnológica basada en la habilidad de manipular y organizar sistemáticamente la materia en la nanoescala. La nanotecnología es la creación de materiales, dispositivos y sistemas funcionales mediante el control de la materia en la escala de longitud del nanómetro (1-100 nanómetros). En comparación, un tamaño de 10 nanómetros es unas 1000 veces menor que un cabello (Fig. 2).

Figura 2. Nanocables de Enable IPC empleados para realizar baterías minúsculas recargables, comparados con el tamaño de un cabello humano.

La nanotecnología explota nuevos fenómenos y propiedades (físicas, químicas, mecánicas, eléctricas, biológicas...) y promete crear nuevos productos y procesos en un amplio espectro de categorías de productos: electrónica, computación, sensores, materiales estructurales, etc. La nanotecnología constituye una parte significativa de la inversión en I+D de todas las naciones desarrolladas. En Europa es una de las líneas prioritarias del VI Programa Marco. En Estados Unidos el Congreso aprobó la National Nanotechnology Initiative (NNI), con presupuesto de más de 1.000 millones de dólares para 2006. En España se ha abierto una Acción Especial de Nanotecnología que se encuentra en curso de resolución. Particularmente la nanotecnología puede realizar importantes contribuciones para atender el desafío de una energía limpia a gran escala. Richard E. Smalley es un pionero en la revolución de la nanotecnología por su descubrimiento de la estructura en forma esférica de C60 conocida como “bucksminsterfullerene” o simplemente “fullereno”, por la que obtuvo el premio Nobel de 1996. Los fullerenos han dado lugar a una familia de nanoestructuras de carbono con excelentes propiedades para numerosas aplicaciones (Fig. 3).

Figura 3. Estructuras de carbono: diamante, grafito, fullereno, nanotubo.

Smalley ha propuesto que el principal desafío de la nanotecnología es conducir los desarrollos para una Revolución Energética necesaria, con el fin de producir y distribuir 30 – 60 TW de energía libre de carbono en 2050. Los principales objetivos de la investigación en nanotecnología para afrontar el desafío energético según un reciente informe de NNI se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1. Objetivos de la nanotecnología en el campo de la energía. 1 Métodos de gran escala para disociar el agua directamente con la luz del sol para producir hidrógeno. 2 Transformación fotovoltaica de la luz solar con eficiencia del 20 % y costo 100 veces menor. 3 Materiales reversibles de almacenamiento de hidrógeno que operen a temperatura ambiente. 4 Pilas de combustible, baterías, supercondensadores de bajo costo, construidos con materiales nanoestructurados. 5 Líneas de transmisión de potencia capaces de transmitir un gigawatio. 6 Iluminación de estado sólido al 50% del consumo de potencia actual. 8 Materiales ultraresistentes y ultraligeros para mejorar la eficiencia de coches, aviones, etc. 7 Catalíticos altamente selectivos para manufactura limpia y eficiente energéticamente. 9 Síntesis de materiales y recolección de energía basada en los mecanismos eficientes y selectivos de la biología.

3- Almacenamiento de Hidrógeno El almacenamiento y el suministro efectivo de hidrógeno, producido de fuentes diversas y destinadas a diversos usos, son elementos clave de la economía de hidrógeno. El uso del hidrógeno como vector de energía requiere un medio de almacenar el exceso de producto para uso posterior, de transportar el hidrógeno almacenado desde el punto de producción al de consumo, y de cargar y descargar hidrógeno en los centros de suministro según las necesidades. El almacenamiento de hidrógeno para el transporte debe operar con especificaciones estrictas de volumen y peso (ver Tabla 2), debe suministrar hidrógeno para una autonomía de conducción de unos 500 Km., y debe permitir cargar y recargar a temperatura ambiente. Los requerimientos de almacenaje para el transporte son mucho más difíciles de cumplir que los de aplicaciones residenciales e industriales, y encontrar soluciones a este problema constituye uno de los mayores desafíos para llegar a la economía de hidrógeno.

Tabla 2. Objetivos de almacenamiento de hidrógeno del programa FreedomCAR Factor 2005 2010 2015

Energía específica (MJ/kg) 5,4 7,2 9,0 Hidrógeno (%peso) 4,5 6,0 400 Energía específica (MJ/L) 4,3 5,4 9,72 Costo del sistema ($/kg/sistema) 9 6 3

En la actualidad existen medios para almacenar hidrógeno en forma gaseosa o líquida, pero el costo

de la compresión o licuefacción es elevado y los tanques presentan muchos riesgos para el transporte. El almacenamiento de estado sólido ofrece las oportunidades más prometedoras para aplicaciones en vehículos. Almacenamiento de estado sólido El almacenamiento de estado sólido consiste en la acumulación de hidrógeno en hidruros metálicos, en materiales de acumulación química, y en nanoestructuras. En estos materiales, el hidrógeno se puede almacenar tanto reversible como irreversiblemente. En almacenamiento reversible el hidrógeno se libera aumentando la temperatura a una presión dada. El hidrógeno se vuelve a acumular mediante control de temperatura y presión. En materiales irreversibles, el hidrógeno se libera por reacción química con otro elemento, como el agua. Los materiales sólidos de almacenamiento se dividen en dos categorías. La primera es la de materiales de almacenamiento “atómico”, como los hidruros metálicos, que requieren la disociación de la molécula de hidrógeno H2 en dos átomos H, y el enlace de estos átomos con la red atómica del medio de acumulación. En este sistema los átomos de hidrógeno realmente entran en la red atómica de un medio sólido (Fig. 4) y se enlazan formando un nuevo compuesto. La segunda categoría es la de materiales de almacenamiento “molecular” de hidrógeno, los cuales, debido a su gran área superficial y microporosidad, almacenan hidrógeno en su estado molecular H2 mediante enlaces débiles molécula-superficie.

Gas hidrógeno Hidrógeno almacenado en forma sólida como hidruro

Figura 4. Almacenamiento de hidrógeno formando un hidruro. La investigación de los materiales de estado sólido para almacenar hidrógeno ha de responder una serie de cuestiones. El hidrógeno, ¿se absorbe físicamente o realiza un enlace químico? ¿Se liga molecularmente o se disocia? ¿Dónde se aloja en la estructura? ¿Cuál es la naturaleza de la difusión de hidrógeno en el medio huésped? ¿Cuáles son las barreras de activación para la desabsorción del hidrógeno, que controlan la liberación cuando se desea utilizarlo como combustible? ¿Cómo intervienen la morfología y las impurezas en absorción y desorción del hidrógeno? ¿Cómo pueden contribuir los catalíticos a reducir la temperatura de operación y presión para la toma y liberación del hidrógeno?

En la Fig 5 se muestra el desarrollo de materiales almacenadores de hidrógeno en función de su capacidad de almacenamiento en el periodo de 1970 al 2005. Se observa que el alanato de sodio es el material que presenta mayor capacidad.

Figura 5. Comparación de la capacidad de almacenamiento de H2 de materiales seleccionados. Hidruros metálicos Los hidruros metálicos son combinaciones de aleaciones metálicas que absorben hidrógeno, generalmente entre 1%-2% en peso trabajando a temperatura ambiente y a presión atmosférica. Para almacenar grandes volúmenes de hidrógeno se emplean tanques que contienen metal granular, que absorbe y libera hidrógeno con la aplicación de calor. Por ahora ninguno de los hidruros cumple los requerimientos establecidos en el programa FreedomCAR, algunos de los cuales se indican en la Tabla 2. Los hidruros más importantes para almacenaje de hidrógeno se muestran en la Tabla 3. El elemento A normalmente es una tierra rara o un metal alcalino y tiende a formar un hidruro estable. El elemento B suele ser un metal de transición y sólo forma hidruros inestables. El níquel se suele usar como elemento B por sus propiedades catalíticas para la disociación de hidrógeno.

Tabla 3. Principales familias de hidruros metálicos Compuesto Prototipo Hidruros Intermetálico AB5 LaNi5 LaNi5H6 AB5 ZrV2, ZrMn2, TiMn2 ZrV2H5.5 AB3 CeNi3, YFe3 CeNi3H4 A2B7 Y2Ni7,Th2Fe7 Y2Ni7H3 A6B23 Y6Fe23 Ho6Fe23H12 AB TiFe TiFeH2 A2B Mg Ni, Ti2Ni Mg2NiH4

En la Fig. 6 se observa que la densidad volumétrica de hidrógeno en hidruros metálicos llega a ser el doble que la densidad del hidrógeno líquido, debido a que el hidrógeno se intercala en el metal anfitrión y actúa como un átomo metálico en la matriz anfitrión. La máxima densidad volumétrica alcanzable es de 187 kg/m3. Con LaNi5H6 se consiguió una densidad volumétrica de 115 kg/m3, que corresponde a una densidad en peso de 1.4%. Los hidruros reversibles que trabajan a temperatura ambiente y presión atmosférica están limitados a una densidad gravimétrica de hidrógeno menor que el 3% por la presencia de los metales de transición.

Figura 6. Densidad volumétrica de hidrógeno respecto de la densidad gravimétrica de hidrógeno para varios medios de almacenamiento. La línea para los nanotubos de carbono representa el resultado de un modelo teórico. El tanque de hidruro metálico está considerado como un sistema de combustible muy seguro en caso de colisión, ya que la pérdida de presión en caso de rotura enfría el hidruro metálico e interrumpe la emisión de hidrógeno. Muchos investigadores creen que los hidruros metálicos pueden representar un medio ideal de almacenamiento. Materiales carbonáceos La abundancia del carbono, su peso molecular relativamente bajo y su afinidad química con el hidrógeno le convierten en un absorbedor de hidrógeno muy conveniente. Muchos combustibles convencionales son compuestos de hidrógeno y carbono. El metano es el principal componente del gas natural y constituye un buen sistema de acumulación de hidrógeno, ya que cada átomo de carbono está “vestido” con cuatro átomos de hidrógeno (Fig. 7). Sin embargo, el metano es un gas, por lo que persisten los problemas asociados a almacenaje para transporte.

protón neutrón electrón

Figura 7. Molécula de metano, formada por un átomo de carbono rodeado de cuatro de hidrógeno. Cada átomo de hidrógeno se mantiene unido al átomo de carbono por un enlace covalente formado por dos electrones compartidos. La gasolina se compone de una mezcla de cadenas de C7H16 hasta C11H24 (Fig. 8). Es un líquido fácilmente transportable, y su densidad de energía en peso y volumen es enorme. Pero se obtiene de reservas fósiles limitadas (refinamiento del crudo) y libera su energía en procesos de combustión con los conocidos inconvenientes de emisión de CO2.

carbono hidrógeno

Figura 8. Estructura de los hidrocarburos. Diversos sistemas de almacenamiento de hidrógeno basados en estructuras de carbono se encuentran en investigación o en desarrollo incipiente. El grafito es la forma más comúnmente disponible de carbono, y consiste en una apilación de capas en que cada átomo está rodeado por otros tres átomos idénticos a él formando una estructura hexagonal (Fig. 3). Pero la interacción del grafito con las moléculas de hidrógeno es muy débil, ya que las capas de carbono se encuentran demasiado cercanas para que las moléculas de hidrógeno se inserten entre ellas. La intercalación previa de otros átomos, como potasio, abre la estructura de grafito y mejora su capacidad de incorporar hidrógeno. Los nanotubos de carbono son una derivación de la investigación en fullerenos. Los nanotubos fueron descubiertos en 1991 por Sumio Iijima, y consisten en una especie de grafito enrollado con forma cilíndrica (Figs. 9 y 10). Se trata de un fullereno unidimensional, una caja convexa de átomos con caras solamente hexagonales y/o pentagonales. Estos nanotubos son las fibras más resistentes conocidas y tienen numerosas aplicaciones. Un nanotubo perfecto es unas 10-100 veces más resistente que el acero por unidad de peso.

Figura 9. Esquema de las estructuras de los nanotubos de carbono de pared simple y múltiple.

Figura 10. Nanotubos de carbono Los nanotubos de carbono pueden almacenar una gran cantidad de hidrógeno, ya sea absorbido en la superficie del nanotubo (Fig. 11) o dentro de la estructura del tubo, y están considerados como una tecnología de almacenamiento muy prometedora. La densidad volumétrica teórica alcanza 100-110 kg/m3 (Fig. 6). El U.S. Department of Energy ha indicado que los nanotubos de carbono deben tener una capacidad de acumulación de hidrógeno de 6.5% de su propio peso para que sean de utilidad práctica en sistemas de transporte.

Figura 11. Configuraciones de absorción de las moléculas de hidrógeno en un nanotubo de carbono

Actualmente resulta difícil evaluar el verdadero potencial de aplicación de los nanotubos de carbono para almacenar hidrógeno, ya que los resultados publicados sobre capacidad de almacenamiento, entre 1% y 60% de su propio peso, son conflictivos. Además, en la mayoría de casos estos sistemas necesitan operar a temperaturas cercanas a los 80 K, ya que ocurren grandes pérdidas a temperaturas mayores. Los informes recientes de General Motors y Sony (que son significativos, en cuanto potenciales compradores de esta tecnología) indican que las capacidad de almacenamiento de los nanotubos de carbono no supera el 1% en peso. Por lo tanto algunos autores han concluido que el área específica de los nanotubos o nanofibras de carbono no puede competir con el carbón activado, y que su capacidad de almacenamiento a temperatura ambiente es demasiado baja para ser útil. Sin embargo, la investigación en este área es activa, y se centra en la mejora de técnicas de manufactura y reducción de costes en tanto que los nanotubos de carbono evolucionan hacia la comercialización. También se requiere una caracterización cuidadosa de las nanoestructuras, así como medidas bien controladas y exactas del almacenamiento y liberación de hidrógeno en ellas. Recientemente (2005) la Unión Europea ha abierto un centro de experimentación para la caracterización de las prestaciones y seguridad de los sistemas de almacenamiento de hidrógeno. Uno de sus objetivos es combinar técnicas gravimétricas y volumétricas para determinar con precisión y reproducibilidad la capacidad y rapidez de almacenamiento de diferentes sistemas, a fin de resolver la falta de concordancia entre los datos de absorción de hidrógeno que se encuentran en la bibliografía. Materiales microporosos Recientemente, se ha conseguido incorporar hidrógeno en estructuras nanoporosas de moléculas órgano-metálicas a temperatura ambiente. Estas moléculas (Fig. 12) podrían ser mucho más baratas y más fácilmente escalables que los hidruros metálicos y los nanotubos, aunque hay que desarrollar métodos para una síntesis eficiente de estos materiales.

Figura 12. Estructura cristalina órgano-metálica compuesta de clusters de Zn4O(CO2)6 (azul) y enlaces de naftaleno (gris) que puede absorber 4,5 % peso de hidrógeno (naranja) a 78 K, y 1 % peso a temperatura ambiente y 20 bar.

4- Almacenamiento de Energía Eléctrica: Baterías y Supercondensadores Sistemas electroquímicos En las baterías se obtiene almacenamiento de energía en forma química fácilmente recuperable como electricidad. Muchos de los dispositivos actuales de almacenamiento de energía, como las baterías y los supercondensadores, se basan en los conceptos de una vieja ciencia creada por Alessandro Volta: la electroquímica. En la electroquímica tradicional se controlan reacciones químicas de tipo redox (reducción-oxidación) mediante el potencial eléctrico de los electrodos metálicos inmersos en la disolución. Más recientemente, las posibilidades de los dispositivos electroquímicos se han multiplicado utilizando capas de materiales activos extendidas sobre el contacto metálico, por ejemplo un polímero conductor. La batería de ion litio opera según este principio de diseño general, y se ha convertido en una tecnología de almacenamiento de energía muy extendida, que ha su vez ha suscitado un gran interés por las nuevas aplicaciones de la electroquímica para almacenamiento de energía. El uso de materiales activos como electrodos incrementa las posibilidades de realizar dispositivos funcionales muy eficientes en dos sentidos: se puede estructurar (o nanoestructurar) el electrodo para incrementar su área activa (Fig. 13). Y se puede mejorar los materiales en contacto para optimizar sus funciones, facilitando los pasos elementales de conversión de energía que ocurren en la nanoescala: transferencia de carga, reorganización molecular, reacciones químicas, etc. El desarrollo de nuevos materiales de nanoescala, así como los métodos de caracterizarlos, manipularlos, y ensamblarlos, ha creado un contexto radicalmente nuevo para desarrollar tecnologías de energía. Además de miniaturizar y de mejorar el funcionamiento de la tecnología convencional de la batería, la nanoingeniería también se está utilizando para mejorar sobre los tiempos entre recargas, el tamaño, el peso y la longevidad de los acumuladores de energía.

Figura 13. El uso de materiales nanoestructurados en una batería recargable de litio (abajo) aumenta notablemente el área activa (en morado) para realizar transferencia de carga respecto de la configuración plana (arriba). También ha sido necesario extender los conceptos de la electroquímica, ya que los nuevos tipos de dispositivos, no funcionan sólo mediante reacciones de transferencia de carga en la superficie del electrodo. De hecho los iones entran en el electrodo y modifican su composición: ocurren procesos de intercalación, reacción química y transporte en estado sólido, en combinación con la etapa clásica de transferencia interfacial de carga. Baterías recargables de ion Li La batería recargable de ion litio, con mucha mayor densidad de energía y menor peso que su antecesor, la batería de Ni-MH, la reemplazó tan pronto como fue producida. Ahora es el sistema empleado en dispositivos electrónicos portátiles, y también amenaza a la Ni-MH para la aplicación en vehículos híbridos. La célula de ion Li tiene un ánodo de carbono/grafito, un cátodo de óxido de litio-cobalto, y un electrolito orgánico (Fig. 14). Tanto el ánodo como el cátodo funcionan con mecanismo de inserción de átomos de Li.

Figura 14. Esquema del funcionamiento de la batería de ion litio.

Sony introdujo la batería de ion litio en 1991. Desde entonces ha doblado con creces su capacidad, en respuesta a la demanda para dispositivos electrónicos portátiles de altas prestaciones, como el ordenador portátil y el teléfono móvil. Nuevos materiales de ánodo y cátodo seguramente permitirán doblar a su vez las prestaciones actuales en los próximos 10 años. El mercado de Li ion probablemente se segmentará en una parte de altas prestaciones, con mayor coste, que continuará aumentando en densidad de energía, y un segmento de materiales de menor costo pero con grandes prestaciones de rapidez de respuesta para vehículos eléctricos. El desarrollo de baterías con nuevas prestaciones se encuentra en fuerte desarrollo. Por ejemplo Cymbet™ Corporation ha desarrollado el sistema POWER FAB™ que es una batería recargable de ion litio flexible que puede adoptar prácticamente cualquier forma y adaptarse a cualquier superficie para actuar como fuente de potencia, eliminando la necesidad de compartimientos para baterías convencionales (Fig. 15).

Figura 15. Baterías de capa ultradelgada POWER FAB™.

Supercondensadores Mientras que los condensadores electrostáticos se han empleado durante más de un siglo como acumuladores de energía, sus bajos valores de capacidad les han limitado tradicionalmente a aplicaciones de baja potencia como componentes en circuitos analógicos. En los últimos años, la habilidad de construir materiales de gran área interna y electrodos de baja resistencia, así como la comprensión de los procesos que ocurren en la superficie del material, ha dado lugar a la posibilidad de condensadores que acumulan mucha más energía. Los condensadores electroquímicos de alta potencia, comúnmente denominados supercondensadores. Las placas de los supercondensadores se construyen con varios tipos de materiales electroactivos: carbono, polímeros conductores, óxidos metálicos, de gran superficie interna. El almacenamiento de carga eléctrica ocurre mediante la acumulación de iones en la superficie interna, que forman una doble capa eléctrica en combinación con los electrones en el material conductor (Fig. 16). Normalmente se emplea un electrolito líquido y un separador que impide el contacto electrónico entre las placas pero permite el flujo de iones durante la carga y descarga. El electrolíto líquido limita el dominio de voltaje de estabilidad de los supercondensores (1-3 V).

Figura 16. Esquema del funcionamiento de un supercondensador de doble capa.

Los supercondensadores electroquímicos constituyen una nueva tecnología que ocupa un nicho entre otros dispositivos de almacenamiento de energía previamente vacante, como se ve en la Fig. 17. Son capaces de almacenar mayor cantidad de energía que los condensadores convencionales, y suministran más potencia que las baterías. En los supercondensadores basados en materiales carbonáceos no ocurre ninguna reacción química, por lo tanto los dispositivos no se degradan con los ciclos de uso.

Figura17. Diagrama de Ragone simplificado (densidad de potencia respecto de densidad de energía) de los dominios de almacenamiento de energía para varios sistemas electroquímicos de conversión de energía (baterías, supercondensadores y pilas de combustible), comparados con el motor de combustión interna y turbinas y condensadores convencionales.

5- Conclusiones Nuevos elementos de acumulación de hidrógeno y energía eléctrica con características muy superiores a los sistemas actuales constituyen un punto clave para la transición a economías de energía limpia, particularmente en el sector de transporte (que absorbe unos dos tercios del consumo de derivados del crudo en países desarrollados) y para facilitar los sistemas de distribución de energía. La combinación de investigación básica y aplicada debe realizar avances en modelado, fabricación, caracterización, y ensamblado, de nuevos materiales y estructuras, para aplicaciones energéticas. En particular los sistemas de almacenaje de energía requieren un control y comprensión detallado de procesos de reactividad química y transferencia de carga en fase gaseosa, en disolución, y en superficies e interfases. Las técnicas de caracterización electroquímicas son esenciales para relacionar el funcionamiento de los dispositivos con los mecanismos fundamentales de sus elementos y jugarán un papel predominante en los futuros desarrollos. 6- Bibliografía 1-L. Zhou, "Progress and problems in hydrogen storage methods," Renewable & Sustainable Energy Reviews 9, 395 (2005). 2- INVESTIRE Network, www.itpower.co.uk/investire/home.html (2003). 3- IPHE (International Partnership for the Hydrogen Economy), http://www.iphe.net. 4- M. Winter and R. J. Brodd, "What are batteries, fuel cells, and supercapacitors?," Chem. Rev. 104, 4245 (2004). 5- J. Blamire, "Science at a Distance," www.brooklyn.cuny.edu (2000). 6- R. L. Olson, "The promise and pitfalls of hydrogen energy," The Futurist July-August, 47 (2003). 7- National Nanotechnology Initiative US, www.nano.gov (2004). 8- NanoSpain Network, http://www.nanospain.org/nanospain.htm. 9- Smalley, R. E., http://smalley.rice.edu/. 10- R. E. Smalley, “Our Energy Challenge,” (2003). 11- Nanoscience Research for Energy Needs, (National Nanotechnology Initiative, 2004). 12- B. O' Regan and M. Grätzel, "A low-cost highefficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films," Nature 353, 737 (1991). 13- J. Bisquert, D. Cahen, S. Rühle, G. Hodes, and A. Zaban, "Physical chemical principles of photovoltaic conversion with nanoparticulate, mesoporous dyesensitized solar cells.," J. Phys. Chem. B 108, 8106 (2004). 14- Basic Research Needs for the Hydrogen Economy, (U. S. Department of Energy, 2004).

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