Hi-PACE (Arquitecturas jerárquicas de carbono impresas en 3D para aplicaciones en energía) tiene como objetivo desarrollar nuevos métodos para fabricar estructuras 3D de carbono con propiedades mejoradas para aplicaciones de almacenamiento de energía, combinando la impresión 3D de resinas fotocurables con grafitización catalítica para crear electrodos de carbono mecánicamente robustos con conductividad, área superficial y porosidad jerárquica controladas. La investigación aborda desafíos clave en almacenamiento de energía: los electrodos tradicionales fabricados mediante pastas están limitados en espesor debido a su tortuosidad. En cambio, los electrodos con arquitectura 3D pueden ofrecer menor tortuosidad, altas áreas superficiales y estructuras abiertas que acomoden posibles cambios de volumen durante el ciclado. El proyecto se estructura en torno a cuatro objetivos científicos generales:

1. Avanzar en la ciencia de los materiales de carbono mediante impresión 3D y pirólisis
2. Avanzar en la aplicación y comprensión de la grafitización catalítica y sus aplicaciones
3. Establecer relaciones estructura-procesado-propiedades en materiales de carbono impresos en 3D
4. Desarrollar y evaluar electrodos de carbono 3D para almacenamiento electroquímico de energía

Para alcanzar estos objetivos se desarrollarán resinas fotocurables con aditivos (catalizadores de grafitización, nanopartículas, materiales 2D) y se optimizarán sus parámetros de impresión, usando programas térmicos de pirólisis específicos. Una innovación clave es la integración de la grafitización catalítica en el proceso de fabricación, con el objetivo de lograr alta conductividad eléctrica a menores temperaturas de procesado manteniendo la integridad mecánica del carbón resultante. El proyecto emplea técnicas avanzadas de caracterización incluyendo tomografía de rayos X, microscopía electrónica, espectroscopía y métodos electroquímicos para comprender las relaciones entre las condiciones de procesado y las propiedades finales. El potencial de los materiales desarrollados se demostrará en supercondensadores y baterías, logrando alta capacidad por área y estabilidad cíclica reteniendo la estabilidad mecánica de los electrodos. Hi-PACE avanzará tanto en aspectos fundamentales como en aplicaciones prácticas. Desde una perspectiva de ciencia básica, generará conocimiento sobre la interacción entre parámetros de impresión 3D, química del precursor y pirólisis de polímeros en arquitecturas de carbono funcionales. Desde el punto de vista de las aplicaciones, busca desarrollar electrodos de carbono mecánicamente robustos con mayor densidad de energía, abordando desafíos clave en almacenamiento de energía. El proyecto se basa en la extensa experiencia del equipo investigador en carbones derivados de polímeros, grafitización catalítica y materiales para almacenamiento de energía. Los resultados preliminares demuestran la viabilidad de imprimir y pirolizar estructuras que contienen tanto porógenos como catalizadores de grafitización. Se espera que los resultados contribuyan a campos más allá del almacenamiento de energía, incluyendo electrocatálisis y compuestos multifuncionales. Además, este proyecto está alineado con objetivos sociales más amplios de innovación tecnológica y sostenibilidad ambiental, contribuyendo a los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU relacionados con energía limpia e innovación industrial.