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Prêmio Nobel de Química vai para cientistas que criaram a bateria de íon de lítio

O Prêmio Nobel de Química de 2019 teve como ganhadores os cientistas John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham e Akira Yoshino pelo desenvolvimento de baterias de íons de lítio. Essa bateria recarregável lançou as bases da eletrônica sem fio, como telefones celulares e laptops. Além disso, ela possui um legado sustentável, já que ela é usada para vários fins e poderá substituir, futuramente, o combustível fóssil. A história dessa descoberta é uma verdadeira epopéia científica.

Apesar de ser facilmente encontrada em diversos aparelhos eletrônicos, a descoberta percorreu um longo período de estudos e aperfeiçoamentos até chegar ao que são as atuais baterias. Os primeiros estudos ocorreram no início da década de 1970. Naquela época, começou a surgir uma crise de abastecimento de petróleo e a empresa americana Exxon, preocupada com os negócios, passou a investir em pesquisas básicas que pudessem diversificar suas atividades. Um dos pesquisadores foi Stanley Whittingham.

Ele já havia desenvolvido um estudo similar pela Universidade de Stanford onde sua pesquisa incluía materiais sólidos com espaços do tamanho de átomos nos quais íons carregados poderiam se fixar por meio do fenômeno chamado intercalação. Na Exxon, Whittingham e seus colegas começaram a investigar materiais supercondutores, incluindo o dissulfeto de tântalo, que poderia intercalar íons. Eles acrescentaram íons ao dissulfeto de tântalo e estudaram como sua condutividade foi afetada.

Stanley Whittingham / Foto: Sebastian Gollnow/dpa via AP

O grupo, então, verificou que os íons potássio afetavam a condutividade do dissulfeto de tântalo e quando Whittingham começou a estudar o material em detalhes, observou que ele possuía uma densidade energética muito alta. As interações que surgiram entre os íons potássio e o dissulfeto de tântalo eram surpreendentemente ricas em energia e quando ele mediu a tensão do material, eram alguns volts. Isso foi melhor do que muitas das baterias daquela época. Whittingham mudou os rumos da pesquisa e passou para o desenvolvimento de novas tecnologias que poderiam armazenar energia para os veículos elétricos do futuro. O resultado foi uma bateria de lítio recarregável que funcionava à temperatura ambiente com grande potencial.

Após corrigir pequenas falhas na bateria, como curtos-circuitos após repetidas cargas, o projeto começou a ser tocado comercialmente. Porém, com o agravamento da crise econômica, a Exxon desistiu de investir no projeto e a descoberta foi licenciada para três empresas diferentes em três partes do mundo. Foi nesse momento que o professor de Química Inorgânica, John B. Goodenough assumiu o projeto. Ele já conhecia a bateria de Whittingham, mas seu conhecimento especializado do interior da matéria dizia que seu cátodo poderia ter um potencial maior se fosse construído usando um óxido de metal em vez de um sulfeto de metal.

John B. Goodenough / Foto: Peter Nicholls/Reuters

Após várias buscas, Goodenough deu mais um passo evolutivo na pesquisa. Ele descobriu que a bateria com óxido de lítio-cobalto no cátodo era quase duas vezes mais potente, a quatro volts. Em 1980, ele publicou a descoberta deste novo material catódico denso em energia que, apesar de seu baixo peso, resultou em baterias poderosas e de alta capacidade. Este foi um avanço decisivo para a revolução sem fio.

Enquanto a América deixava de lado as energias alternativas, o Japão fazia o caminho contrário. Com o surgimento de vários aparelhos eletrônicos portáteis, como câmeras digitais e laptops, as empresas buscavam baterias que fossem leves e recarregáveis. Foi a vez de Akira Yoshino, da Asahi Kasei Corporation, entrar na saga científica, por volta de 1986. A partir dos elementos descobertos por Goodenough, Akira tentou usar vários materiais à base de carbono como ânodo. Ele experimentou o coque de petróleo, um subproduto da indústria de petróleo. Quando ele carregou o coque de petróleo com elétrons, os íons de lítio foram atraídos para o material. Então, quando ele ligou a bateria, os elétrons e os íons de lítio fluíram em direção ao óxido de cobalto no cátodo, que tem um potencial muito maior. Ele, então, desenvolveu a primeira bateria de íons de lítio comercialmente viável, com uma vida útil longa, podendo ser carregada por várias vezes sem perda de desempenho.

Akira Yoshino / Foto: Yoshiaki Sakamoto/Kyodo News via AP

A bateria virou produto comercial e até hoje os pesquisadores ainda não encontraram nada que superasse a alta capacidade e voltagem da bateria de lítio. Ela permitiu o desenvolvimento de tecnologias de energia mais limpas e veículos elétricos, contribuindo para a redução das emissões de gases de efeito estufa e partículas. Através de seu trabalho, o trio de cientistas criou condições certas para uma sociedade sem fio e sem combustível fóssil, deixando um legado de sustentabilidade e conhecimento.