Prêmio Nobel de Química concedido por baterias de íon-lítio

“Eles criaram um mundo recarregável.” É assim que começa o comunicado de imprensa que anuncia a concessão do Prêmio Nobel de Química em 2019. Três cientistas foram homenageados com o prêmio: Stanley Whittingham da Universidade de Binghamton (EUA), John Goodenough da Universidade do Texas em Austin e Akira Yoshino de Asahi Kasei e Universidade de Meijou. Cada um deles, há muitos anos, fez uma contribuição decisiva para o que são hoje as baterias de íon-lítio.

Como o Comitê enfatiza, é difícil superestimar a invenção de uma bateria de íons de lítio. Nos comentários das notícias sobre as baterias em nosso site, muitas vezes você encontra críticas indignadas sobre a capacidade insuficiente ou o tamanho grande das baterias de íons de lítio. Mas, se não houvesse, não haveria muito à nossa volta, incluindo quadrocopters novos, scooters e muitos gadgets autônomos compactos e leves. Sim, smartphones com ácido ou níquel-cádmio e até fontes de energia alcalina pareceriam muito diferentes.

As raízes da invenção das baterias de íon-lítio remontam aos anos 70 do século passado. Nos EUA, a crise do petróleo começou e Stanley Wittingham, em busca de fontes de energia promissoras durante experimentos com supercapacitores, descobriu novo material para os catodos das baterias de lítio. Este material foi dissulfeto de titânio. Verificou-se que este material intercala excelentemente (inclui) íons de lítio em sua estrutura molecular.

O processo é o seguinte. O ânodo de uma bateria de íons de lítio inclui partículas de lítio metálico, que é oxidado após a descarga e se move através da barreira de separação na forma de cátions (íons carregados positivamente) em direção ao cátodo e se acumula lá. Ao carregar, o processo de recuperação reversa ocorre. Os cátions retornam ao ânodo e restauram o lítio ao estado metálico.

A bateria proposta em 1976 produziu 2 V. Mais perto de 1980, John Goodenough propôs substituir o sulfeto de metal por óxido, o que, em sua opinião, poderia aumentar o poder das baterias de íon-lítio. O novo material para o cátodo era óxido de cobalto e a voltagem da bateria aumentou para 4 V.

O terceiro passo significativo na melhoria das baterias de íons de lítio foi feito por Akira Yoshino. Ele propôs a substituição do material do ânodo, que armazena partículas de metal de lítio, por fuligem (produtos de decomposição de hidrocarbonetos). Esse material é extremamente poroso e pode incluir muito mais lítio, e isso é consumo de energia e, a propósito, segurança, que por sua vez ficou clara. Após a contribuição de Yoshino, o risco de explosão e incêndio de baterias de íons de lítio em caso de danos foi reduzido significativamente. Hoje, tudo isso resultou em um produto conveniente e em massa que é tão seguro e praticamente indispensável na vida cotidiana.
.