Los pioneros de las baterías de litio ganan el Premio Nobel de Química 2019

El Premio Nobel de Química 2019 se ha otorgado a John B. Goodenough de la Universidad de Texas en Austin, M. Stanley Whittingham de la Universidad de Binghamton, y Akira Yoshino de Asahi Kasei Corporation y la Universidad de Meijo por “el desarrollo de las baterías de ión-litio.” Los tres compartirán el premio de aproximadamente un millón de dólares a partes iguales.

“Las baterías de ión-litio son fundamentales para la sociedad moderna de maneras que eran impensables cuando se descubrieron,” dice Gavin Harper, investigador en la Faraday Institution y un experto en energías renovables en la Universidad de Birmingham. “Es una tecnología que ha permitido que, en nuestro día a día, tengamos dispositivos que parecen de Star Trek, como los relojes inteligentes o los teléfonos móviles.”

Las baterías ión-litio son una fuente de energía ligera y recargable, lo que las hace ideales para teléfonos móviles, ordenadores portátiles, y coches eléctricos. A diferencia de las pilas convencionales, que obtienen su energía de reacciones químicas que destruyen los electrodos, las baterías de ión-litio generan energía mediante el flujo reversible de iones litio entre el cátodo y el ánodo. Pero para que esta tecnología fuera posible, los químicos tuvieron que aprender a domar al litio, un metal alcalino muy propenso a las explosiones.

La historia del descubrimiento de las baterías de ión-litio se remonta a los años setenta, durante la crisis del petróleo. Entonces, Whittingham, que trabajaba en la compañía petroquímica Exxon, investigaba materiales capaces de almacenar energía. Descubrió que podía fabricar el cátodo de una pila con disulfuro de titanio (TiS2). La estructura del TiS2 le permite atrapar iones litio entre sus capas mediante un proceso conocido como ‘intercalado’. Whittingham acopló este cátodo con un ánodo hecho de litio metal, y añadió un electrolito líquido que permitía el movimiento de iones litio entre los dos electrodos. Creó así la primera batería de litio recargable.

Pero esta batería tenia fallos. El litio metal a menudo acaba formando afiladas agujas que provocaban cortocircuitos, sobrecalentamientos, y a veces explosiones. Goodenough, que entonces trabajaba en la Universidad de Oxford, descubrió que los iones litio también podían intercalarse de una forma muy similar en el óxido de cobalto. Al mismo tiempo, Yoshino, que trabajaba en Asahi Kasei Corporation, observó que el grafito también podía atrapar iones de litio entre sus capas.

Usando óxido de cobalto en el cátodo y grafito en el ánodo, los investigadores montaron una batería que funcionaba a 4 voltios, casi el doble de los 2.4 voltios que alcanzaba el diseño de Whittingham. Y además era más segura, porque no necesitaba usar litio metálico. La batería podía recargarse cientos de veces sin perder eficacia y se comercializó por primera vez en 1991.

La comunidad química lleva años pidiendo a gritos que se reconozca el trabajo de estos investigadores. A sus 97 años, Goodenough es el premio Nobel más anciano de todos los tiempos. “Muchos científicos querían que por fin ganara el premio esta vez,” dice Harper.

Olof Ramström, miembro del Comité de los Premios Nobel de Química, no pudeo evitar hacer un chiste científico mientras explicaba el desarrollo de las baterías de litio en la conferencia de prensa: “era una historia cargada con un tremendo potencial.”

La presidenta de la American Chemical Society Bonnie Charpentier opine que el Nobel de Química de este año es “especialmente emocionante, porque todo el mundo puede apreciar la importancia de las baterías de ión-litio – facilitan el transporte, mejoran las comunicaciones, permiten almacenar y ‘mover’ la energía de un lado a otro de una manera eficaz y segura.” Añade que “es muy gratificante ver que se reconoce el trabajo en equipo, ya que cada uno de los premiados mejoró el diseño de las baterías implementando cambios graduales sobre los avances que habían hecho sus compañeros.” “Y los tres son miembros de la ACS, entre todos suman más de 100 años de afiliación a la asociación.” La ACS publica C&EN.

Harper cree que el premio llega justo a tiempo. “Ahora somos aún más conscientes del impacto que tenemos en nuestro planeta y de lo importante que es reducir nuestra huella de carbono,” dice. “Parece que aumentan esfuerzos por dejar de usar combustibles fósiles, así que es muy adecuado premiar ahora a esta tecnología, el corazón de un montón de inventos que nos llevarán a un mundo más limpio.”