Nobel de Química: el trabajo entrelazado para crear la batería de litio se llevó el premio

Nobel de Química: el trabajo entrelazado para crear la batería de litio se llevó el premio

El desarrollo logrado por Stanley Whittingham, John Goodenough y Akira Yoshino, en una labor de avances progresivos, “estableció los cimientos de los dispositivos electrónicos inalámbricos, como los teléfonos móviles y los computadores portátiles”, destacó la Real Academia de Ciencias de Suecia.

El estadounidense John Goodenough, el británico Stanley Whittingham y el japonés Akira Yoshino fueron reconocidos por la academia sueca. El estadounidense John Goodenough, el británico Stanley Whittingham y el japonés Akira Yoshino fueron reconocidos por la academia sueca. FOTO: TWITTER @NOBELPRIZE

En la cartera de la dama y en el bolsillo del caballero... y también viceversa. Sería imposible que en tan poco espacio como un celular pudieras llevar cargando tu vida si Stanley Whittingham, John B. Goodenough y Akira Yoshino no hubieran generado cada uno su vuelta de tuerca hasta lograr la batería de litio. Por ella, los tres fueron galardonados con el Nobel de Química 2019: “a través de su trabajo, han sentado las bases de una sociedad inalámbrica y libre de combustibles fósiles”, destacó la Real Academia de Ciencias sueca en su comunicado.

Suena grandioso: si reemplazáramos naftas y otros combustibles fósiles por este sistema, podríamos ayudar mucho a combatir el cambio climático. Pero, ¿qué fue lo que desarrollaron?; ¿cómo funciona una batería?; ¿por qué fue clave el litio? Es más, ¿qué es el litio? Un científico tucumano nos ayuda a explicarte esto y muchos otros datos. Comencemos...

STANLEY WHITTINGHAM. Nació en el Reino Unido en 1941 y obtuvo su doctorado en la Universidad de Oxford. Actualmente dirige el Instituto de Investigación de Materiales de la Universidad de Binghamton en Nueva York. A principios de los 70 sentó las bases teóricas para el desarrollo de las baterías de litio y diseñó un primer prototipo. Aunque el material que usó era totalmente inviable, sus conceptos resultarían fundamentales para el desarrollo de esta tecnología. STANLEY WHITTINGHAM. Nació en el Reino Unido en 1941 y obtuvo su doctorado en la Universidad de Oxford. Actualmente dirige el Instituto de Investigación de Materiales de la Universidad de Binghamton en Nueva York. A principios de los 70 sentó las bases teóricas para el desarrollo de las baterías de litio y diseñó un primer prototipo. Aunque el material que usó era totalmente inviable, sus conceptos resultarían fundamentales para el desarrollo de esta tecnología.

“Las baterías son dispositivos que almacenan energía, convirtiendo la generada por una reacción química en energía eléctrica”, explica Néstor Katz, director del Instituto de Química del Noroeste Argentino (Inquinoa), dependiente del Conicet y de la UNT.

Todas tienen un electrodo positivo y uno negativo sumergidos en un electrolito (un medio que transmite electricidad), todo dentro de un recipiente. “Las baterías funcionan como una pila, con la diferencia de que la reacción química es reversible: ocurre en direcciones opuestas en los ciclos de carga y descarga -añade Katz-. En el primero, la energía va hacia el negativo; durante la descarga, en sentido opuesto”.

La batería “premiada”

Todo arrancó con la crisis del petróleo en la década de 1970: hacían falta alternativas a los combustibles fósiles. El primero en usarlo en baterías fue Whittingham, oriundo del Reino Unido, pero profesor de la Universidad Estatal de Nueva York en Binghamton.

A diferencia de las baterías convencionales, que obtienen su energía de reacciones químicas que descomponen el electrodo (lo que hace que su vida útil sea breve), la que construyó Whittingham tenía, en uno de los polos, disulfuro de titanio, un material en capas entre las que se deslizan iones de litio. El otro polo estaba hecho de litio metálico, y agregó como conductor un electrolito líquido orgánico. La batería tenía un gran potencial: algo más de dos voltios.

 JOHN GOODENOUGH. Ayer se convirtió en la persona de mayor edad en ganar un premio Nobel: nació hace 97 años, el 25 de julio de 1922, en la ciudad alemana de Jena, pero creció en Estados Unidos y estudió en las universidades de Yale y Chicago. Actualmente enseña en la de Austin. Sus investigaciones se han centrado en el magnetismo y han contribuido al desarrollo de la batería de iones de litio de estado sólido y otros avances en la tecnología de baterías. JOHN GOODENOUGH. Ayer se convirtió en la persona de mayor edad en ganar un premio Nobel: nació hace 97 años, el 25 de julio de 1922, en la ciudad alemana de Jena, pero creció en Estados Unidos y estudió en las universidades de Yale y Chicago. Actualmente enseña en la de Austin. Sus investigaciones se han centrado en el magnetismo y han contribuido al desarrollo de la batería de iones de litio de estado sólido y otros avances en la tecnología de baterías.

“El litio tiene la ventaja de ser el metal más liviano; además tiene gran capacidad de recarga -explica Katz-. Esta primera batería usaba litio como electrodo sólido y funcionaba así: en la descarga, el litio metálico se oxidaba y los iones de litio migraban al negativo; durante la carga, ocurría al revés. Pero había un problema: ¡el litio era explosivo!”.

Las sucesivas mejoras

Goodenough, nacido en Jena (Alemania) en 1922, pero nacionalizado estadounidense, investigó hasta mostrar, en 1980, que usando óxido de cobalto con litio intercalado (en lugar del disulfuro de litio) se lograba producir hasta cuatro voltios. ¡Había duplicado la capacidad!

En tercer lugar apareció -según sus propias palabras, citadas por “El País”- el “olfato” del japonés Yoshino (Osaka, 1948): combinó iones de litio con grafito, eliminó el litio metálico y creó una batería que podemos recargar cientos de veces sin que se deteriore su rendimiento. Esta fue la que se introdujo en el mercado en 1991.

AKIRA YOSHINO. Nació en Suita, Japón, en 1948 y se doctoró en Ingeniería en la Universidad de Osaka en 2005. Antes, en el 85, había ensamblado un prototipo de batería con iones de litio y posibilitado la producción de ese artefacto de almacenamiento de energía eléctrica a nivel industrial. Hoy trabaja como investigador honorario en la Corporación Asahi Kasei, en Tokio, y enseña en la Universidad Meijo, de Nagoya. AKIRA YOSHINO. Nació en Suita, Japón, en 1948 y se doctoró en Ingeniería en la Universidad de Osaka en 2005. Antes, en el 85, había ensamblado un prototipo de batería con iones de litio y posibilitado la producción de ese artefacto de almacenamiento de energía eléctrica a nivel industrial. Hoy trabaja como investigador honorario en la Corporación Asahi Kasei, en Tokio, y enseña en la Universidad Meijo, de Nagoya.

Esta es la que funciona en tu celular, en los audífonos de la abuela, en la tableta y en la “compu”; y se estima que, en no mucho tiempo más, sean las baterías de nuestros autos eléctricos. “Las baterías de iones de litio han revolucionado nuestras vidas desde que llegaron al mercado”, destacó, con razón, la Academia sueca.

Te presentamos el litio

El metal más liviano.-  En su forma pura, blando y de color blanco plata; se oxida rápidamente en aire o agua. Pero en la naturaleza no se lo encuentra puro. Su densidad es la mitad de la del agua.

Es “nuevo”.- Fue descubierto por Johann Arfvedson en 1817, junto con otros minerales mientras investigaba una mina de la isla Utö (Suecia).

Se vienen los autos eléctricos.- Se prevé que en el mundo circularán para el año 2023  unos 140 millones de vehículos eléctricos

Se usa en salud mental.- Varias sales de litio se emplean para tratar cuadros de manía, la depresión y la bipolaridad, entre otras patologías.

Sudamérica, la reina del litio.- Argentina, Bolivia, Chile y Perú tienen el 85% de reservas del planeta. Argentina tiene (especialmente en el Salar del Hombre Muerto, en Jujuy), la tercera reserva probada del mundo, y el litio que se produce en nuestro tiene menos impurezas que el de nuestros vecinos. Se calcula que para  2022, el valor del mercado de las baterías de litio rondará los 70 mil millones de dólares.

Las baterías son reciclables, pero...- El éxito de las baterías de litio va en camino de generar, según cálculos de la Agencia Internacional de Energía, Departamento de Energía de los EE.UU., unos 11 millones de toneladas de pilas que descartar para 2030. Las baterías son valiosas y reciclables, pero debido a factores técnicos, económicos y de otro tipo, menos del 5% se recicla hoy en día.

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