Pesquisadores da Universidade de São Paulo conseguiram superar um desafio que a ciência de materiais enfrentava há décadas: transformar o nióbio em uma bateria funcional, estável e recarregável. O mineral estratégico, abundante no Brasil e amplamente utilizado em ligas de alto desempenho, nunca havia sido aplicado com sucesso nesse tipo de dispositivo devido à sua química extremamente complexa.
A equipe liderada pelo professor Frank Crespilho, do Instituto de Química de São Carlos (IQSC/USP), desenvolveu uma tecnologia que controla a química do nióbio em baterias, uma descoberta inédita protegida por depósito de patente junto à USP. O avanço não representa apenas um novo dispositivo tecnológico, mas uma solução científica para um problema que bloqueava o desenvolvimento do setor há anos.
O obstáculo químico do nióbio
Os componentes ativos à base de nióbio se degradam rapidamente quando entram em contato com água e oxigênio. Esse comportamento químico, e não limitações de engenharia, impedia que o metal se tornasse viável para aplicação em baterias. A barreira permaneceu intransponível até que os pesquisadores brasileiros encontraram uma abordagem biomimética para o problema.
A história da descoberta começou há cerca de dez anos, quando Crespilho atuava como professor visitante na Harvard University. Na época, ele estudava sistemas biomiméticos, processos inspirados em mecanismos biológicos capazes de controlar reações químicas extremamente delicadas, como as que ocorrem em enzimas e metaloproteínas.
Crespilho, que também lidera o Grupo de Bioeletroquímica e Interfaces da USP e integra o Instituto Nacional de Eletrônica Orgânica e Sustentabilidade (INCT), sediado no Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP), aplicou esses conceitos ao desafio do nióbio.
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Como funciona a tecnologia NB-RAM
“O nióbio funciona como um interruptor com muitos níveis, não apenas ligado e desligado. Cada nível armazena uma quantidade diferente de energia. Fora de um ambiente controlado, esse interruptor enferruja e quebra. Criamos uma caixa de proteção inteligente para ele. Essa caixa é o NB-RAM. Dentro dela, o interruptor pode mudar de nível várias vezes, de forma controlada, sem se degradar. Os sistemas biológicos fazem exatamente isso, e adaptamos esse princípio para a bateria de nióbio”, explica Crespilho.
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A sigla NB-RAM refere-se ao sistema de proteção que mantém o nióbio estável durante os ciclos de carga e descarga, permitindo que o metal opere em seu máximo potencial energético sem sofrer degradação química.
Dois anos de refinamento para estabilidade
Grande parte do avanço resulta de um trabalho extenso de otimização conduzido pela doutoranda Luana Italiano. A pesquisadora dedicou dois anos ao refinamento do sistema até alcançar estabilidade e reprodutibilidade. Características essenciais para que uma bateria possa ser produzida comercialmente.
O Brasil detém as maiores reservas de nióbio do planeta, respondendo por aproximadamente 90% da produção mundial do mineral. No entanto, o país exporta principalmente o nióbio bruto ou em ligas básicas, com baixo valor agregado. O desenvolvimento de uma bateria baseada nesse elemento pode posicionar o Brasil na vanguarda da tecnologia energética. E criar uma nova cadeia de valor para o mineral estratégico.
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A descoberta abre caminho para uma nova geração de dispositivos de armazenamento de energia, com potencial aplicação em eletrônicos portáteis, veículos elétricos e sistemas de energia renovável. A equipe da USP continua trabalhando no aprimoramento da tecnologia e na busca por parceiros para viabilizar a produção em escala industrial.