En el avance hacia las energías renovables, la química sostenible, la detección inteligente y la medicina personalizada, la Electroquímica está cobrando una gran relevancia como tecnología y área de investigación interdisciplinarias. Por un lado, permite utilizar la electricidad de fuentes renovables o almacenar esta energía en forma de enlaces químicos. Por otro lado, permite detectar de manera selectiva y cuantitativa especies de interés en entornos altamente complejos en tiempo real y de manera miniaturizada y mínimamente invasiva.

Todo ello ha impulsado a los investigadores a desarrollar nuevos electrocatalizadores o materiales que cumplan con los requisitos necesarios de actividad, longevidad y reciclabilidad. Al hacerlo, a menudo se ha puesto el foco en estructuras tridimensionales complejas con subestructuras en el rango de micro- y nano-metros para maximizar la superficie o la actividad/sensibilidad intrínseca, exponiendo sitios activos especiales.

Con la miniaturización y el aumento de complejidad de los sistemas electroquímicos, se han reportado efectos adicionales que muestran desviaciones de los modelos macroscópicos, asociados al confinamiento de las especies que participan en el proceso electroquímico.

Objetivos del Proyecto

Si bien dichos efectos de confinamiento ofrecen un gran potencial para avances tecnológicos disruptivos en el futuro cercano, también hacen necesario investigar y entender de forma exhaustiva y rigurosa su origen físico-químico, hacia un desarrollo racional y más eficiente de las nuevas aplicaciones y tecnologías electroquímicas. Sin embargo, el imparable auge de sistemas electroquímicos micro- y nano-estructurados no ha sido acompañado por enfoques teóricos generales.

En base a la experiencia de nuestro grupo de investigación, se propone como objetivo general de este Proyecto el desarrollo de estudios teórico-experimentales integrales de procesos de transferencia de carga complejos en espacios confinados. Atendiendo a la diversidad de factores a tener en cuenta (transporte de masa, campo eléctrico, reacciones múltiples, adsorción de especies, ¿) se considerará un enfoque multi-técnica, a través de técnicas espectro-electroquímicas, y multi-escala, incluyendo modelos continuos y cálculos mecanocuánticos.

Resultados esperados

Los resultados esperados de este proyecto contribuirán a una comprensión más profunda, una monitorización más precisa y una optimización más efectiva de los dispositivos electroquímicos que emplean el confinamiento de reacciones electroquímicas para lograr una mayor eficiencia. Los sistemas estudiados están enfocados principalmente en dos áreas: 1) tecnologías de almacenamiento de energía, como baterías de flujo y células de combustible, y 2) (bio)electroanálisis a través de sensores electroquímicos.

Los avances en estos campos son fundamentales para enfrentar los desafíos energéticos a nivel global y para satisfacer las necesidades de análisis en diagnóstico clínico, de alimentos y medioambiental de manera inmediata y descentralizada (tests en el punto de atención o point-of-care testing).