La Real Academia de Ciencias de Suecia anunció a los galardonados con el Premio Nobel de Química 2019. Se trata de John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham y Akira Yoshino por el desarrollo de las baterías de iones de litio que “hicieron posible un mundo recargable”.

Las baterías de litio tienen las  cualidades de ser ligeras, recargables y potentes; se usan hoy en día en todo, desde los teléfonos móviles, las computadoras portátiles y los vehículos eléctricos. A través de su trabajo, los galardonados aportaron un gran beneficio a la humanidad pues las baterías de litio pueden almacenar cantidades significativas de energía proveniente del Sol o del viento, con lo que hacen posible una sociedad libre de combustibles fósiles.

Las baterías de litio tienen incontables aplicaciones en nuestra vida cotidiana
Crédito: Johan Jarnestad /Real Academia de Ciencias de Suecia.

Sara Snogerup Linse, miembro del Comité del Premio Nobel de Química 2019, señaló que el trabajo de los laureados dio a la humanidad acceso a una revolución tecnológica que hizo posible la electrónica verdaderamente portátil, teléfonos móviles, marcapasos y autos eléctricos que pueden viajar largas distancias y tener la capacidad de almacenar energía de fuentes renovables.

Para desarrollar estas baterías tan comunes en nuestro mundo cotidiano, los ganadores tuvieron que resolver una gran cantidad de problemas químicos, por ejemplo, tuvieron que domar un elemento muy reactivo, tuvieron que construir dos polos entre los que pudieran viajar los iones de litio una y otra vez de manera controlada cada vez que se usa y se recarga la batería, puntualizó.

Olof Ramström, miembro del Comité del Premio Nobel de Química, explicó que en las baterías hay reacciones químicas que ocurren en cada uno de los electrodos para que los electrones viajen por el circuito eléctrico y den energía al dispositivo al cual están conectadas. “En apariencia construir una batería es sencillo, pero en la realidad es extremadamente difícil diseñar y producir baterías eficientes que funcionen bien” señaló.

Una muestra es que algunas de las baterías que usamos hoy en día, como las baterías alcalinas, tienen su origen en el siglo XIX. Por eso calificó el desarrollo de la batería de litio como algo “fenomenal y fantástico”.

Esquema de una batería de litio
Crédito: Johan Jarnestad /Real Academia de Ciencias de Suecia.

El lito, es el metal más ligero que existe, es tan ligero que podría flotar sobre el agua y además su ligereza permite comprimir una gran cantidad de átomos de litio en una batería,  ligera y de poco volumen. Otra de sus propiedades es que es extremadamente reactivo y “domar” esa reactividad fue uno de los mayores logros de los galardonados.

Las bases  para la creación de las baterías de litio se remontan a la crisis del petróleo que se vivió en la década de los setenta. En ese momento Stanley Whittingham, hoy investigador de la Universidad Binghamton  del sistema de universidades estatales de Nueva York, trabajaba en métodos que pudieran llevara a un mundo libre de tecnologías basadas en combustibles fósiles. Empezó a trabajar con superconductores y descubrió un material extremadamente rico en energía que uso para crear un cátodo innovador en una batería de litio.

Este estaba hecho de un disulfuro de titanio el cual, a nivel molecular tenía espacios que podían albergar o intercalar iones de litio. El ánodo de la batería estaba hecho parcialmente de un lito metálico el cual tenía una tendencia a liberar electrones. Esto resultó en una batería que tenía una capacidad de poco más de dos voltios. Sin embargo, dado que el litio es un elemento muy reactivo la batería era demasiado explosiva para ser viable.

John Goodenough de 97 años, es la persona de más edad en recibir un Premio Nobel
Crédito: Nobel Prize via Twitter

John B. Goodenough, investigador de la Universidad de Texas en Austin, predijo que el cátodo tendría un mayor potencial si se fabricara de un oxido metálico en vez de un sulfuro metálico.

Después de una búsqueda sistemática en 1980 demostró que el óxido de cobalto con iones intercalados de litio podía producir hasta 4 voltios. Esto fue un importante descubrimiento que llevaría a baterías mucho más poderosas.

Akira Yoshino, investigador de la Universidad Meijo en Japón, tomó como base el cátodo de Goodenough y creó la primera batería comercial de litio en 1985, En lugar de usar litio reactivo en el ánodo, usó coque de petróleo, un material de carbono que al igual que el cátodo de óxido de cobalto puede intercalar iones de litio. El resultado fue una batería ligera y duradera que podía ser cargada cientos de veces antes de que se deteriorara su desempeño.

La ventaja de las baterías de litio es que no se basan en reacciones químicas que rompan los electrodos sino en iones de litio viajando de ida y vuelta entre el ánodo y el cátodo. Las baterías de lito han revolucionado nuestra vida desde que entraron en el mercado en 1991. Han puesto las bases para una sociedad sin cables y libre de combustibles fósiles dando un gran beneficio al ser humano.

Fuente: The Nobel Prize

Redacción:  Naix’ieli Castillo, Ciencia UNAM.