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).

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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.