La Real Academia de Ciencias Sueca otorgó el pasado miércoles el Premio Nobel de Química 2019 a tres científicos que desarrollaron las baterías de iones de litio, que revolucionaron la electrónica portátil, tanto que alimentan al dispositivo que está utilizando para leer este artículo.
John Goodenough, Stanley Whittingham y Akira Yoshino comparten el premio, que tiene un valor aproximado de 900.000 dólares. Stanley Whittingham (77 años) profesor de la Universidad de Binghamton, dijo que siempre esperó que la tecnología de iones de litio creciera, “pero nunca imaginé que creciera tanto”. John Goodenough (97 años) es profesor en Texas. Con el premio se convierte en el ganador del Premio Nobel más viejo, pero aún activo en labores de investigación. Akira Yoshino (71 años) es miembro de la Corporación Asahi Kasei en Tokio y profesor en la Universidad Meijo. Después del anuncio, dijo que estaba complacido de que la tecnología también pudiera ayudar a combatir el cambio climático, llamando a las baterías de iones de litio “adecuadas para una sociedad sostenible”.
Desde que Alessandro Volta inventó la primera batería en 1800, los científicos han tratado de encontrar formas de hacer que los electrones fluyan desde un electrodo negativo llamado ánodo a un electrodo positivo llamado cátodo. Volta lo hizo apilando discos de cobre y cinc, uniéndolos con una tela empapada en agua salada. Cuando se conectaban cables a los discos para completar el circuito, la batería producía una corriente eléctrica. En décadas posteriores, las versiones de estas baterías alimentaron telégrafos y otros dispositivos.
La primera batería recargable se produjo en 1859. Esta fue hecha de plomo y ácido y todavía se usan en la actualidad para arrancar los vehículos a motor. Sin embargo, las baterías de plomo-ácido son voluminosas y pesadas. Posteriormente, una versión más compacta y menos eficiente se inventó en 1899, estas fueron las baterías de níquel-cadmio. Durante muchos años, no hubo avances importantes en la tecnología de baterías. Pero la crisis petrolera de 1973 hizo que muchos científicos se dieran cuenta de la dependencia con los combustibles fósiles.
Whittingham, que trabajaba para Exxon en ese momento, comenzó a buscar formas mejoradas de almacenar energía de fuentes renovables y alimentar autos eléctricos. Sabía que el litio sería un buen ánodo porque liberaba electrones fácilmente. También tenía la ventaja de ser un metal más ligero. Whittingham descubrió que el disulfuro de titanio, que nunca antes se había utilizado en baterías, tenía una estructura molecular que “atrapaba” iones de litio en pequeñas bolsas.
Esto dio como resultado la primera batería de litio funcional. La gran ventaja de esta tecnología era que almacenaba aproximadamente 10 veces más energía que la batería de plomo-ácido o 5 veces más que la de níquel-cadmio. Las baterías de iones de litio también eran extremadamente livianas y requerían poco mantenimiento. Así que hubo un incentivo económico para pasar al ion de litio.
Desafortunadamente, la nueva batería tenía un problema. Cuando se cargaba repetidamente, del electrodo negativo salían unas delgadas hebras de litio metálico. A veces, los filamentos crecían lo suficiente como para que llegaran al cátodo, provocando un cortocircuito en la batería y eventualmente causaban una explosión. Goodenough predijo que las baterías de iones de litio tendrían un mayor potencial si el cátodo se fabricaba con un material diferente. Se dio cuenta de que el óxido de cobalto era similar en estructura al disulfuro de titanio, pero ¡sin cortocircuito! También hizo que la batería de iones de litio fuera casi dos veces más potente que la de Whittingham.
La batería ahora generaba 4 voltios. Partiendo del trabajo de Goodenough, Yoshino, que estaba en la Corporación Asahi Kasei en Japón, mostró que los electrodos más complejos a base de carbono (coque de petróleo) también podían albergar iones de litio entre sus capas. Esto eliminó el litio puro de la batería por completo. Ahora, el sistema utilizaba solo iones de litio, que eran más seguras. Estos desarrollos finalmente llevaron a la comercialización de la batería de iones de litio en 1991 por el gigante japonés, Sony Corporation.
Pero esta tecnología también tiene sus defectos. Hay un número limitado de veces que una batería de iones de litio se puede reponer antes de que se deteriore y ya no pueda retener la carga. Además, si está mal diseñada puede convertirse en una bomba en miniatura. Algunos de los retiros más grandes de productos tecnológicos han involucrado defectos en la batería. Así, en 2006 Dell retiró 4,1 millones de baterías de computadoras portátiles porque había la posibilidad de que saltaran en llamas. Más recientemente, Samsung Electronics descontinuó el Galaxy Note 7 después de varios informes sobre la explosión del dispositivo.
Las baterías también han provocado otros problemas relacionados con la extracción y el desperdicio del litio. Más de la mitad se ha recolectado mediante la extracción de salmuera en las profundidades de la tierra, especialmente en Bolivia, y el resto todavía se extrae tradicionalmente de la roca. Ambos métodos han causado daños ambientales a las áreas alrededor de las operaciones de procesamiento de litio. Además, una vez que las baterías de iones de litio se agotan, a menudo son eliminadas de manera inadecuada por los consumidores. Según el Departamento de Energía de los Estados Unidos de Norteamérica, menos del 5% se recolectan y reciclan. Mientras que algunas compañías que fabrican teléfonos inteligentes y otros dispositivos han intentado mejorar sus procesos de reciclaje, desmantelar las baterías y retirar el metal para su reutilización implica otros procesos a alta temperatura, que ¡simplemente no son económico!
A pesar de todo ello, el trabajo de estos investigadores condujo a la creación de baterías poderosas, livianas y recargables utilizadas en casi todos los teléfonos inteligentes o computadoras portátiles, en millones de cámaras y herramientas eléctricas. Los ejemplos más grandes de estas baterías han dado lugar a carros eléctricos, mientras que las versiones en miniatura se utilizan en dispositivos médicos que salvan vidas diariamente como los desfibriladores cardíacos. Coincido con la Presidente de la American Chemical Society, Bonnie Charpentier, al decir: “Las baterías de iones de litio son un gran ejemplo de cómo la química puede transformar la vida de las personas”.
* * *
Las opiniones expresadas en esta sección son de entera responsabilidad de sus autores.
Bacterias que se disfrazan
