Bateria de nióbio inédita é criada na USP
[Imagem: Frank Crespilho]
Bateria de nióbio
Pesquisadores brasileiros conseguiram pela primeira vez criar uma bateria funcional de nióbio, um metal estratégico de alto valor do qual o Brasil é de longe o maior produtor.
O nióbio já é usado como aditivo nas baterias de lítio, mas seu uso como elemento principal do armazenamento de energia é limitado devido à sua alta instabilidade.
“Abundante no Brasil, o nióbio é um metal de transição estratégico, com a capacidade singular de acessar múltiplos estados de oxidação, podendo trocar até cinco elétrons. Do ponto de vista eletroquímico, isso representa um potencial energético muito elevado,” comentou o professor Frank Crespilho, do Instituto de Química de São Carlos (USP). “Por esse motivo, o nióbio vem sendo pesquisado há anos no contexto das baterias de lítio, geralmente como aditivo, mas não como o elemento ativo central do armazenamento de energia.”
O problema é a alta reatividade do nióbio, fazendo com que o metal oxide facilmente – o óxido cria uma camada “isolante”, que impede o fluxo dos elétrons, atrapalhando o funcionamento da bateria.
O truque usado pela equipe brasileira consistiu então em circundar o nióbio com moléculas que inibem sua oxidação.
“Ao controlar o ambiente químico ao redor do nióbio, ele passa a operar de forma previsível, reversível e estável, permitindo que finalmente assuma o papel principal em uma bateria, algo que os sistemas eletroquímicos clássicos nunca conseguiram fazer,” disse Frank.
[Imagem: Frank Crespilho]
Protegendo o nióbio contra oxidação
Tudo começou com o trabalho da pesquisadora Luana Italiano, que trabalhou com endonucleases, enzimas que usam metais altamente reativos em seus sítios ativos – e esses metais praticamente não oxidam porque a proteína cria um microambiente químico que os mantém protegidos.
Frank, por sua vez, trabalhou com quinonas bioinspiradas aplicadas a baterias redox. “Ali, ficou claro que a reversibilidade eletroquímica não depende apenas do material em si, mas sobretudo do ambiente molecular que o envolve. Ao transpor esses conceitos para o nióbio, tornou-se evidente que o problema histórico nunca foi o metal, mas o ambiente inadequado em que ele era inserido,” contou ele.
O passo seguinte foi desenvolver um microambiente artificial, inspirado na biologia, para proteger o nióbio da oxidação, o que permitiu construir a primeira bateria genuinamente baseada em nióbio, e não apenas em combinações de nióbio com a química de outros elementos.
“Na prática, essa combinação permite que o nióbio transite entre seus estados de oxidação de forma escalonada, reversível e estável, explorando múltiplos elétrons do mesmo metal,” observou o pesquisador. “Isso viabiliza tensões da ordem de 3 volts, algo inédito para sistemas genuinamente baseados em nióbio.”
Próximos passos
Os protótipos apresentaram uma operação consistente em múltiplos ciclos de carga e descarga, apresentando alta reversibilidade eletroquímica e uma janela de potencial significativamente superior à prevista para o nióbio em sistemas eletroquímicos clássicos.
“Esses resultados validam o conceito e colocam o nióbio, pela primeira vez, como um candidato real e competitivo para tecnologias de armazenamento de energia livres de lítio,” disse Frank.
A USP (Universidade de São Paulo) já fez o depósito da patente da bateria de nióbio, assegurando que a propriedade intelectual permaneça no Brasil. “Se olharmos a história das baterias de lítio, houve um longo intervalo entre a ciência fundamental, o reconhecimento do potencial tecnológico e a consolidação industrial, período em que muitos países perderam a oportunidade de capturar valor estratégico, ficando apenas como fornecedores de matéria-prima”, aponta.
No caso da bateria de nióbio, ele acredita que esse caminho pode e deve ser encurtado. A ciência já nasce integrada à aplicação, com um princípio de funcionamento claro e proteção intelectual depositada no Brasil. O passo imediato é acelerar o depósito internacional da patente, para garantir segurança jurídica para que o processo de desenvolvimento possa prosseguir em parceria com empresas.