USP desenvolve bateria funcional de nióbio de 3 volts

A Uni­ver­si­dade de São Paulo (USP) desen­volveu uma bate­ria fun­cional de nióbio, que atinge 3 volts, é recar­regáv­el, fun­ciona em ambi­entes reais – fora das condições ideais de lab­o­ratório – e já está em fase de testes indus­tri­ais. 

De acor­do com o Insti­tu­to de Físi­ca de São Car­los, da USP, o desen­volvi­men­to da bate­ria começou há dez anos, pelo pro­fes­sor Frank Crespilho, do Insti­tu­to de Quími­ca de São Car­los (IQSC/USP), líder do Grupo de Bioeletro­quími­ca e Inter­faces da USP e pesquisador do Insti­tu­to Nacional de Eletrôni­ca Orgâni­ca e Sus­tentabil­i­dade (INCT), sedi­a­do no Insti­tu­to de Físi­ca de São Car­los (IFSC/USP).

O pesquisador con­seguiu resolver o prin­ci­pal obstácu­lo para a con­strução de uma bate­ria de nióbio, que é a degradação do met­al em ambi­entes eletro­quími­cos con­ven­cionais, espe­cial­mente na pre­sença de água e oxigênio. Ele desco­briu como con­tro­lar o ambi­ente quími­co para esta­bi­lizar o nióbio. 

“Eu já sabia que a natureza resolvia esse prob­le­ma há bil­hões de anos”, desta­ca Crespilho. “Em sis­temas biológi­cos, como enz­i­mas e met­alo­pro­teí­nas, metais alta­mente reativos mudam de esta­do eletrôni­co o tem­po todo sem se degradar, porque oper­am den­tro de ambi­entes quími­cos muito bem con­tro­la­dos”.

O pesquisador expli­ca que o grupo criou  uma caixa de pro­teção inteligente para o nióbio. “Essa caixa é o NB-RAM [Nio­bi­um Redox Active Medi­um]. Den­tro dela, o inter­rup­tor [nióbio] pode mudar de nív­el várias vezes, de for­ma con­tro­la­da, sem se degradar. É exata­mente isso que os sis­temas biológi­cos fazem, e foi isso que adap­ta­mos para a bate­ria de nióbio”.

Grande parte do avanço da bate­ria de nióbio é resul­ta­do do tra­bal­ho con­duzi­do pela pesquisado­ra da USP Lua­na Ital­iano, que dedi­cou dois anos ao refi­na­men­to do sis­tema até alcançar esta­bil­i­dade e repro­dutibil­i­dade. O proces­so envolveu dezenas de ver­sões exper­i­men­tais, com ajustes suces­sivos no ambi­ente quími­co e nos mecan­is­mos de pro­teção do mate­r­i­al ati­vo.

“Não bas­ta­va faz­er a bate­ria fun­cionar uma úni­ca vez. Ao lon­go de dois anos de tra­bal­ho no pro­je­to, nos­so foco foi garan­tir esta­bil­i­dade, repetibil­i­dade e con­t­role fino dos parâmet­ros”, ressalta Lua­na.

De acor­do com a pesquisado­ra, o prin­ci­pal desafio foi encon­trar o equi­líbrio entre pro­te­ger o sis­tema e man­ter seu desem­pen­ho elétri­co. “Se você pro­tege demais, a bate­ria não entre­ga ener­gia. Se pro­tege de menos, ela se degra­da”.

Como resul­ta­do, o sis­tema pas­sou a fun­cionar de for­ma estáv­el não ape­nas em condições de lab­o­ratório, mas tam­bém em arquite­turas próx­i­mas das uti­lizadas pela indús­tria. “É um sis­tema que já fun­ciona em for­matos reais”, diz a pesquisado­ra.

A tec­nolo­gia, que já tem um pro­tótipo fun­cional, teve sua patente deposi­ta­da pela USP. A bate­ria de nióbio desen­volvi­da alcançou 3 volts, faixa de ten­são da maio­r­ia das bate­rias com­er­ci­ais atu­ais.

A bate­ria já foi tes­ta­da em for­matos indus­tri­ais padrão, como célu­las tipo coin (moe­da) e pouch (lam­i­nadas flexíveis), em parce­ria com o pesquisador Hud­son Zanin, da Uni­ver­si­dade Estad­ual de Camp­inas (Uni­camp). Ness­es sis­temas, a bate­ria foi car­rega­da e descar­rega­da diver­sas vezes, demon­stran­do a pro­va de con­ceito em ambi­entes con­tro­la­dos.

Segun­do Crespilho, para avançar para a fase final do desen­volvi­men­to da bate­ria será necessário a cri­ação de um cen­tro mul­ti­modal de pesquisa e ino­vação, envol­ven­do gov­er­nos estad­ual e fed­er­al, uni­ver­si­dades e star­tups de base tec­nológ­i­ca.

“A bate­ria de nióbio desen­volvi­da na USP mostra que o Brasil não pre­cisa ape­nas expor­tar recur­sos, mas pode lid­er­ar tec­nolo­gias; des­de que a ciên­cia seja trata­da como pri­or­i­dade nacional”, disse.