Bateria de nióbio da USP chega a 3 volts e entra em testes industriais

Da redação de LexLegal

A Universidade de São Paulo (USP) avançou no desenvolvimento de uma bateria funcional à base de nióbio que alcança 3 volts, é recarregável e já opera fora das condições controladas de laboratório, em ambientes mais próximos dos padrões industriais. O projeto, iniciado há cerca de uma década, representa um passo importante na pesquisa de alternativas tecnológicas para armazenamento de energia e coloca o Brasil no centro de uma discussão estratégica sobre inovação, soberania tecnológica e uso de seus próprios recursos minerais.

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Segundo informações do Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP), a bateria já se encontra em fase de testes industriais e possui protótipo funcional. O trabalho é liderado pelo professor Frank Crespilho, do Instituto de Química de São Carlos (IQSC/USP), coordenador do Grupo de Bioeletroquímica e Interfaces da USP e pesquisador do Instituto Nacional de Eletrônica Orgânica e Sustentabilidade (INCT).

O principal desafio científico enfrentado ao longo da pesquisa foi superar a instabilidade química do nióbio em ambientes eletroquímicos tradicionais. O metal, apesar de suas propriedades promissoras para aplicações em baterias, tende a se degradar quando exposto à presença de água e oxigênio, o que inviabilizava seu uso prático em sistemas de armazenamento de energia.

Foi a partir da observação de sistemas biológicos que a equipe encontrou uma solução. “Eu já sabia que a natureza resolvia esse problema há bilhões de anos”, afirma Crespilho. “Em sistemas biológicos, como enzimas e metaloproteínas, metais altamente reativos mudam de estado eletrônico o tempo todo sem se degradar, porque operam dentro de ambientes químicos muito bem controlados”.

Inspirado nesse modelo, o grupo desenvolveu um meio químico que funciona como uma espécie de “ambiente protegido” para o nióbio. “Essa caixa é o NB-RAM [Niobium Redox Active Medium]. Dentro dela, o interruptor [nióbio] pode mudar de nível várias vezes, de forma controlada, sem se degradar. É exatamente isso que os sistemas biológicos fazem, e foi isso que adaptamos para a bateria de nióbio”, explica o pesquisador.

Grande parte do refinamento técnico do sistema foi conduzida pela pesquisadora Luana Italiano, da USP, que trabalhou durante dois anos na estabilização do funcionamento da bateria. O esforço envolveu a construção e o teste de dezenas de versões experimentais até que o sistema atingisse padrões mínimos de repetibilidade e confiabilidade.

“Não bastava fazer a bateria funcionar uma única vez. Ao longo de dois anos de trabalho no projeto, nosso foco foi garantir estabilidade, repetibilidade e controle fino dos parâmetros”, afirma Luana. Segundo ela, o principal dilema técnico estava no equilíbrio entre proteção e eficiência. “Se você protege demais, a bateria não entrega energia. Se protege de menos, ela se degrada”.

O resultado foi um sistema capaz de operar de forma estável em configurações mais próximas das utilizadas pela indústria. “É um sistema que já funciona em formatos reais”, diz a pesquisadora. A bateria alcançou 3 volts, tensão semelhante à de muitas baterias comerciais atualmente usadas em dispositivos eletrônicos.

Além do protótipo em laboratório, a bateria foi testada em modelos industriais padronizados, como células do tipo coin, semelhantes às baterias em formato de moeda, e do tipo pouch, que utilizam embalagens laminadas flexíveis. Esses testes foram realizados em parceria com o pesquisador Hudson Zanin, da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

Nos experimentos, as células passaram por diversos ciclos de carga e descarga, demonstrando viabilidade técnica e funcionamento estável em arquiteturas compatíveis com processos industriais. A patente da tecnologia já foi depositada pela USP, o que indica a intenção de proteger a inovação e abrir espaço para futuras parcerias com o setor produtivo.

Para Crespilho, o próximo passo envolve a criação de um ambiente institucional mais robusto para acelerar o desenvolvimento e a aplicação prática da tecnologia. Segundo ele, seria necessário estruturar um centro multimodal de pesquisa e inovação que reunisse universidades, startups de base tecnológica e apoio dos governos estadual e federal.

“A bateria de nióbio desenvolvida na USP mostra que o Brasil não precisa apenas exportar recursos, mas pode liderar tecnologias; desde que a ciência seja tratada como prioridade nacional”, afirma o pesquisador.

O avanço ocorre em um momento em que o debate sobre armazenamento de energia, transição energética e autonomia tecnológica ganha força no cenário internacional. Baterias mais eficientes e sustentáveis são vistas como peças-chave para a expansão de fontes renováveis e para a redução da dependência de tecnologias concentradas em poucos países.

A possibilidade de o Brasil desenvolver soluções próprias, a partir de um elemento químico que faz parte de sua riqueza mineral, amplia o alcance estratégico do projeto. O nióbio é um recurso no qual o país detém uma das maiores reservas do mundo, mas historicamente seu uso tem se concentrado em aplicações metalúrgicas e de exportação como matéria-prima.

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Com a bateria de nióbio, a discussão deixa de ser apenas sobre extração de recursos e passa a envolver a capacidade nacional de transformar conhecimento científico em inovação tecnológica de alto valor agregado, com impactos potenciais na indústria, na economia e na inserção do Brasil em cadeias globais de tecnologia.