USP desenvolve bateria à base de nióbio com maior estabilidade e densidade energética

O nióbio é abundante no Brasil (AdobeStock)

Utilizado como aditivo em baterias de lítio, o nióbio sempre teve limitado seu emprego como elemento principal do armazenamento de energia devido à alta instabilidade. Para superar esse obstáculo, pesquisadores da USP desenvolveram uma bateria capaz de “domar” o nióbio, criando um ambiente estável para permitir que o metal reaja e converta energia química em elétrica.

O dispositivo tem potencial para a produção de baterias mais seguras e com maior densidade energética, além de reduzir o emprego de matérias-primas como lítio, cobalto e níquel, explica o professor Frank Crespilho, do Instituto de Química de São Carlos (IQSC) da USP, coordenador da pesquisa.

“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. Por esse motivo, o nióbio vem sendo pesquisado há anos no contexto de baterias de lítio, geralmente como aditivo, mas não como o elemento ativo central do armazenamento de energia”.

Ainda de acordo com Crespilho, a principal dificuldade é a altíssima reatividade do nióbio. “Em ambientes convencionais, ele oxida de forma descontrolada e cria camadas passivas que bloqueiam a transferência de elétrons. Durante décadas, isso foi considerado um bloqueio químico praticamente intransponível”, destaca.

Analogia

O professor faz uma analogia com uma banda de rock para explicar o comportamento químico do nióbio. “O nióbio sempre foi como um guitarrista genial, extremamente talentoso, mas impossível de controlar. Se colocado em um ambiente errado, ele entra em feedback, distorce tudo e o show acaba antes de começar”. Por isso, durante muito tempo, “a solução foi deixá-lo no fundo do palco, como coadjuvante, nunca como protagonista”.

“O que fizemos foi criar o ambiente certo, o ‘estúdio’ adequado, onde esse guitarrista pode tocar no limite do seu potencial sem destruir o sistema. 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”, acrescenta.

Em vez de tentar ‘domar’ o nióbio à força, pontua Crespilho, foi criado um microambiente artificial inspirado na biologia e capaz de cooperar com o metal, estabilizando seus estados de oxidação e permitindo sua operação reversível. “Esse princípio foi central para viabilizar a primeira bateria genuinamente baseada em nióbio, e não apenas em combinações de nióbio com outras químicas convencionais”.

Valor tecnológico e geopolítico ao Brasil

O professor do Instituto de Química de São Carlos (IQSC) da USP enfatiza que o depósito da patente foi feito pela USP, 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”.

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, de forma coordenada, para garantir segurança jurídica e soberania tecnológica.

“Em seguida, avançamos simultaneamente em engenharia de materiais, escalonamento industrial e validação em protótipos avançados, com testes de durabilidade, segurança e padronização compatíveis com linhas industriais existentes. A ciência fundamental está feita; agora a prioridade é transformar rapidamente conhecimento em tecnologia, mantendo o controle nacional da inovação desenvolvida na USP e assegurando que o nióbio gere valor tecnológico, industrial e geopolítico para o Brasil”.