Dispositivo que cria um ambiente est\u00e1vel para o metal converter energia qu\u00edmica em el\u00e9trica teve patente depositada e pode ser alternativa \u00e0s baterias de l\u00edtio.<\/p>\n
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O ni\u00f3bio \u00e9 um material usado como aditivo em baterias de l\u00edtio, mas seu emprego como elemento principal do armazenamento de energia era limitado por sua alta instabilidade. Para superar esse obst\u00e1culo, pesquisadores da USP desenvolveram uma bateria capaz de \u201cdomar\u201d o ni\u00f3bio, criando um ambiente est\u00e1vel para permitir que o metal reaja e converta energia qu\u00edmica em el\u00e9trica. O dispositivo, que teve a patente depositada, tem potencial para a produ\u00e7\u00e3o de baterias mais seguras e com maior densidade energ\u00e9tica, al\u00e9m de reduzir o emprego de mat\u00e9rias-primas como o l\u00edtio, o cobalto e o n\u00edquel.<\/p>\n
\u201cAbundante no Brasil, o ni\u00f3bio \u00e9 um metal de transi\u00e7\u00e3o estrat\u00e9gico, com a capacidade singular de acessar m\u00faltiplos estados de oxida\u00e7\u00e3o, podendo trocar at\u00e9 cinco el\u00e9trons. Do ponto de vista eletroqu\u00edmico, isso representa um potencial energ\u00e9tico muito elevado\u201d, afirma ao Jornal da USP o professor Frank Crespilho, do Instituto de Qu\u00edmica de S\u00e3o Carlos (IQSC) da USP, coordenador da pesquisa. \u201cPor esse motivo, o ni\u00f3bio vem sendo pesquisado h\u00e1 anos no contexto de baterias de l\u00edtio, geralmente como aditivo, mas n\u00e3o como o elemento ativo central do armazenamento de energia.\u201d<\/p>\n
\u201cA principal dificuldade \u00e9 a alt\u00edssima reatividade do ni\u00f3bio. Em ambientes convencionais, ele oxida de forma descontrolada e cria camadas passivas que bloqueiam a transfer\u00eancia de el\u00e9trons\u201d, diz o professor. \u201cDurante d\u00e9cadas, isso foi considerado um bloqueio qu\u00edmico praticamente intranspon\u00edvel\u201d, destaca.<\/p>\n
Crespilho faz uma analogia com uma banda de rock para explicar o comportamento qu\u00edmico do metal:<\/p>\n
\u201cO ni\u00f3bio sempre foi como um guitarrista genial, extremamente talentoso, mas imposs\u00edvel de controlar. Se colocado em um ambiente errado, ele entra em feedback, distorce tudo e o show acaba antes de come\u00e7ar\u201d<\/p><\/blockquote>\n
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Por isso, durante muito tempo, \u201ca solu\u00e7\u00e3o foi deix\u00e1-lo no fundo do palco, como coadjuvante, nunca como protagonista\u201d, compara.<\/p>\n
\u201cO que fizemos foi criar o ambiente certo, o \u2018est\u00fadio\u2019 adequado, onde esse guitarrista pode tocar no limite do seu potencial sem destruir o sistema\u201d, acrescenta o professor. \u201cAo controlar o ambiente qu\u00edmico ao redor do ni\u00f3bio, ele passa a operar de forma previs\u00edvel, revers\u00edvel e est\u00e1vel, permitindo que finalmente assuma o papel principal em uma bateria, algo que os sistemas eletroqu\u00edmicos cl\u00e1ssicos nunca conseguiram fazer.\u201d<\/p>\n
Inspira\u00e7\u00e3o em sistemas biol\u00f3gicos<\/strong><\/p>\n
A pesquisa foi desenvolvida no Grupo de Bioeletroqu\u00edmica e Interfaces do IQSC, com apoio da doutoranda Luana Italiano e dos p\u00f3s-doutorandos Graziela Sedenho e Rafael Colombo. \u201cEm 2014, no California Institute of Technology (CalTech), trabalhei com endonucleases \u2013 enzimas que usam metais altamente reativos em seus s\u00edtios ativos -, e o que me chamou a aten\u00e7\u00e3o foi o fato de esses metais n\u00e3o se degradarem, justamente porque a prote\u00edna cria um microambiente qu\u00edmico extremamente bem controlado, regulando de forma precisa a coordena\u00e7\u00e3o, o acesso do solvente e a transfer\u00eancia eletr\u00f4nica\u201d, conta Crespilho.<\/p>\n
Essa vis\u00e3o se aprofundou mais tarde, em 2018, na Universidade de Harvard, onde ele trabalhou com quinonas bioinspiradas aplicadas a baterias redox. \u201cAli, ficou claro que a reversibilidade eletroqu\u00edmica n\u00e3o depende apenas do material em si, mas sobretudo do ambiente molecular que o envolve. Ao transpor esses conceitos para o ni\u00f3bio, tornou-se evidente que o problema hist\u00f3rico nunca foi o metal, mas o ambiente inadequado em que ele era inserido.\u201d<\/p>\n
\u201cEm vez de tentar \u2018domar\u2019 o ni\u00f3bio \u00e0 for\u00e7a, criamos um microambiente artificial inspirado na biologia, capaz de cooperar com o metal, estabilizar seus estados de oxida\u00e7\u00e3o e permitir sua opera\u00e7\u00e3o revers\u00edvel\u201d, destaca o pesquisador. \u201cEsse princ\u00edpio foi central para viabilizar a primeira bateria genuinamente baseada em ni\u00f3bio, e n\u00e3o apenas em combina\u00e7\u00f5es de ni\u00f3bio com outras qu\u00edmicas convencionais.\u201d<\/p>\n
Crespilho explica que o dispositivo funciona a partir de duas camadas complementares. \u201cA primeira \u00e9 a arquitetura NB-RAM, que cria uma verdadeira \u2018caixa de prote\u00e7\u00e3o qu\u00edmica\u2019 ao redor do ni\u00f3bio, que controla localmente a coordena\u00e7\u00e3o qu\u00edmica, a atividade redox e a disponibilidade eletr\u00f4nica do metal, impedindo oxida\u00e7\u00f5es descontroladas\u201d, descreve. \u201cA segunda camada \u00e9 o que chamamos de N-MER, que pode ser entendido como o mecanismo eletr\u00f4nico-redox. Ele funciona como um regulador fino e governa a forma como os el\u00e9trons entram, s\u00e3o armazenados e saem do ni\u00f3bio, dentro desse ambiente controlado, funcionando como um regulador fino do fluxo de el\u00e9trons.\u201d<\/p>\n
\u201cNa pr\u00e1tica, essa combina\u00e7\u00e3o permite que o ni\u00f3bio transite entre seus estados de oxida\u00e7\u00e3o de forma escalonada, revers\u00edvel e est\u00e1vel, explorando m\u00faltiplos el\u00e9trons do mesmo metal\u201d, observa o professor. \u201cIsso viabiliza tens\u00f5es da ordem de 3 volts, algo in\u00e9dito para sistemas genuinamente baseados em ni\u00f3bio.\u201d<\/p>\n
Segundo Crespilho, os prot\u00f3tipos demonstraram opera\u00e7\u00e3o consistente com m\u00faltiplos ciclos de carga e descarga, alta reversibilidade eletroqu\u00edmica e uma janela de potencial significativamente superior \u00e0 prevista para o ni\u00f3bio em sistemas eletroqu\u00edmicos cl\u00e1ssicos. \u201cEsses resultados validam o conceito e colocam o ni\u00f3bio, pela primeira vez, como um candidato real e competitivo para tecnologias de armazenamento de energia livres de l\u00edtio.\u201d<\/p>\n
Valor tecnol\u00f3gico, industrial e geopol\u00edtico<\/strong><\/p>\n
O professor enfatiza que o dep\u00f3sito da patente foi feito pela USP, assegurando que a propriedade intelectual permane\u00e7a no Brasil. \u201cSe olharmos a hist\u00f3ria das baterias de l\u00edtio, houve um longo intervalo entre a ci\u00eancia fundamental, o reconhecimento do potencial tecnol\u00f3gico e a consolida\u00e7\u00e3o industrial, per\u00edodo em que muitos pa\u00edses perderam a oportunidade de capturar valor estrat\u00e9gico, ficando apenas como fornecedores de mat\u00e9ria-prima\u201d, aponta.<\/p>\n
No caso da bateria de ni\u00f3bio, ele acredita que esse caminho pode e deve ser encurtado. A ci\u00eancia j\u00e1 nasce integrada \u00e0 aplica\u00e7\u00e3o, com um princ\u00edpio de funcionamento claro e prote\u00e7\u00e3o intelectual depositada no Brasil. O passo imediato \u00e9 acelerar o dep\u00f3sito internacional da patente, de forma coordenada, para garantir seguran\u00e7a jur\u00eddica e soberania tecnol\u00f3gica.<\/p>\n
\u201cEm seguida, avan\u00e7amos simultaneamente em engenharia de materiais, escalonamento industrial e valida\u00e7\u00e3o em prot\u00f3tipos avan\u00e7ados, com testes de durabilidade, seguran\u00e7a e padroniza\u00e7\u00e3o compat\u00edveis com linhas industriais existentes\u201d, salienta Crespilho. \u201cA ci\u00eancia fundamental est\u00e1 feita; agora a prioridade \u00e9 transformar rapidamente conhecimento em tecnologia, mantendo o controle nacional da inova\u00e7\u00e3o desenvolvida na USP e assegurando que o ni\u00f3bio gere valor tecnol\u00f3gico, industrial e geopol\u00edtico para o Brasil.\u201d<\/p>\n
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Fonte:<\/p>\n