A cadeia de produção do nióbio consolida-se como referência no Brasil, país que detém as maiores reservas mundiais do minério e já desenvolve projetos de fornecimento de energia para ônibus elétricos. Agora, pesquisadores da USP dão mais um passo: o desenvolvimento de baterias capazes de armazenar altas densidades de energia tendo o nióbio como elemento central.
De acordo com o Jornal da USP, o nióbio é pesquisado há vários anos em projetos de baterias de lítio, mas sempre como aditivo, e não como protagonista do armazenamento de energia. Há uma explicação para esse papel coadjuvante: trata-se de um metal que apresenta instabilidade em ambientes eletroquímicos, especialmente na presença de água e oxigênio.
Um exemplo dessa característica é a oxidação descontrolada em ambientes convencionais, que cria camadas passivas bloqueadoras da transferência de elétrons e reduz o potencial do metal.
Na pesquisa liderada pelo professor Frank Crespilho, do Instituto de Química de São Carlos (IQSC) da USP, a estratégia aplicada envolveu controlar o comportamento do nióbio para extrair o melhor dele em termos de capacidade de armazenamento. Além de mais densas energeticamente, as baterias desenvolvidas também apresentam maior segurança.
“Desafio estava no ambiente químico”
Tecnicamente, o avanço está no controle do ambiente químico ao redor do nióbio. Segundo o pesquisador, com essa iniciativa, o metal 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 viabilizar.
Crespilho destaca que o problema histórico nunca foi o nióbio, mas o ambiente inadequado onde ele foi inserido. Ao criar o ambiente adequado, foi possível controlar o metal de forma cooperativa, estabilizando os estados de oxidação e permitindo uma 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”, afirmou o pesquisador ao Jornal da USP.
Na prática, os resultados validam o conceito e colocam o nióbio, pela primeira vez, como um candidato real e competitivo para tecnologias de armazenamento de energia livres de lítio.
Uso atual em baterias
Enquanto não assume o protagonismo no armazenamento de energia, o nióbio já desempenha papel relevante na fabricação de baterias. É o caso do projeto da Toshiba, em parceria com a Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM), no qual uma bateria de íons de lítio com ânodo de óxido de nióbio e titânio é utilizada em veículos comerciais. O diferencial do produto é a recarga ultrarrápida: em dez minutos é possível atingir 80% da capacidade, além de vida útil de até 15 mil ciclos e mais segurança. De acordo com a empresa japonesa, a nova bateria representa uma alternativa às tradicionais baterias de lítio-ferro-fosfato (LFP) e às baterias de íons de lítio com ânodos de grafite.
Diferentemente dessas últimas, que sofrem com a formação de depósitos de lítio metálico durante cargas rápidas, as baterias de íons de lítio com óxidos de nióbio e titânio evitam esse problema, o que garante maior segurança e estabilidade ao longo do tempo. Segundo a mineradora, a nova célula já foi testada com sucesso em um protótipo de ônibus elétrico na planta da CBMM em Araxá (MG).
