Nobel de Química a los creadores de nuestra sociedad portátil

Con frecuencia, los premios Nobel se otorgan a descubrimientos que parecen estar muy lejos de nuestra realidad cotidiana. Pero el invento que motivó el Premio Nobel de Química 2019 todos lo tenemos al alcance de la mano. Llevamos un teléfono celular de la casa al trabajo, e incluso cuando nos movemos de una pieza a la otra, usamos una computadora personal o (los más afortunados) conducimos un auto eléctrico.

Nada de eso hubiera sido posible sin la creatividad y el trabajo de los tres laureados de este año: Stanley Whittingham, de la Universidad de Binghamton, en Nueva York, John Goodenough, de la Universidad de Texas en Austin, y Akira Yoshino, de la Corporación Asahi Kasei, en Tokio. Ellos fueron los "padres" de las baterías de ion-litio, una tecnología que ya revolucionó nuestra sociedad haciendo posibles los dispositivos portátiles y la conexión permanente con la Internet. En el futuro, se espera, este desarrollo nos permitirá independizarnos de los combustibles fósiles permitiendo almacenar energía de fuentes renovables, como el Sol, el viento o las olas.

"Este invento fenomenal tuvo un impacto dramático en nuestra sociedad", dijo un entusiasmado Olof Ramström, integrante del comité que adjudica los premios, durante el anuncio realizado esta mañana en Estocolmo.

Especialmente en el caso de Goodenough, "es un reconocimiento muy merecido –afirma Ernesto Calvo, director del Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente y Energía del Conicet (Inquimae) y que en 2017 ganó el concurso internacional Bright Minds Challenge por su desarrollo de un sistema totalmente innovador para extraer litio de forma rápida, económica y respetuosa del medio ambiente–. Hace muchos años que lo esperábamos. Yo lo conozco porque, cuando estaba en Inglaterra, trabajaba en un grupo que colaboraba con el suyo. Nos juntábamos dos veces por año. Este hombre ha hecho contribuciones muy importantes ya desde antes de su trabajo en la batería de litio".

Whittingham, Goodenough y Yoshino iniciaron su aventura en los años setenta. El primero empezó a trabajar en este tema por la crisis de los combustibles fósiles y sentó las bases de la tecnología. Estudió distintos materiales y encontró uno extremadamente prometedor que usó para crear un cátodo (polo negativo), en el que se pueden intercalar átomos de litio. Desarrolló una batería de dos voltios, pero el litio es tan reactivo que resultó demasiado explosiva para ser viable.

En ese punto tomó la posta Goodenough, que entonces trabajaba en la Universidad de Oxford, en el Reino Unido. Él se dio cuenta de que el cátodo podía absorber más electrones si se fabricaba con un óxido. Después de una búsqueda sistemática, en 1980 publicó sus resultados con una pila que duplicaba el voltaje de la de Whittingham, cuatro voltios.

Por esos días, investigadores japoneses estaban buscando una forma de alimentar dispositivos electrónicos cada vez más pequeños (el Walkman de Sony debutó en 1979, apunta Science en un comentario acerca de los galardones). Yoshino encontró una forma de crear un ánodo (polo positivo) insertando o encapsulando iones (partículas cargadas eléctricamente) de litio en un producto derivado del petróleo. Tenía el rendimiento de la pila de Goodenough, pero era mucho más segura y duradera.

La primera batería comercialmente viable de ion-litio, un objeto liviano y durable, recargable cientos de veces, se creó en 1985 y empezó a venderse en 1991.

"Goodenough trabajó con lo que se llama los ‘materiales de inserción’ que es lo que permitió desarrollar las baterías de ion- litio, las únicas recargables que tienen una ‘ciclabilidad’ (las veces en que se cargan y descargan) que no se compara con absolutamente nada –explica Victoria Flexer, investigadora independiente del Conicet y docente de la Universidad de Jujuy, que trabaja en el Instituto del Litio de esa provincia–. Te dan 10.000 ciclos. De hecho, un celular se descarta con la batería todavía andando. En los autos eléctricos, se estima que hay que cargarlos y descargarlos 8000 veces, y cuando se descartan es porque perdieron entre el 20% y el 25% de su capacidad. Lo que él desarrolló son estos materiales que ‘ciclan’ de esta manera tan espectacular".

Según explica Flexer, el litio es un átomo muy chiquito, y por eso tiene la particularidad de poder insertarse dentro de la red que forman las moléculas de las cuales están hechas las baterías. Además, tiene mucha tendencia a regalarle electrones al vecino (es muy "electropositivo"), y a mantenerse como un ión, viajando ida y vuelta por la batería.

"Me pareció increíble el premio de hoy. Me encanta que la química distinga esta aventura que lleva de la ciencia básica a la mejor tecnología –destaca Galo Soler Illia, decano del Instituto de Nanosistemas de la Universidad Nacional de San Martín–. Es una parábola que va desde el pensamiento creativo más delirante hasta la optimización para el uso comercial".

Soler Illia subraya que "Wittingham creó el primer concepto de batería de litio, que es liviano y fácilmente oxidable. En el cátodo él se imaginó un material que podía abrirse y cerrarse, y usó sulfuro de titanio. Goodenough estudiaba la estructura electrónica de los materiales y entendió de qué manera eso explica ciertas propiedades. Es interesante ver cómo él lo usa para dilucidar cuál podía servir mejor como cátodo de una batería. Y encuentra el óxido de cobalto, que es el que hoy se usa. Pero el litio es muy reactivo, entonces había que mejorar el diseño. Y ahí ingresó Yoshino, que se dio cuenta de que podía tener el litio encerrado en carbono. Es lo que me parece mágico de esta carrera: uno encontró el concepto, otro resolvió el problema usando ciencia muy básica y el tercero encontró de qué manera darle utilidad práctica".

A los 97 años, Goodenough, que se habría inclinado por la matemática, la física y la química porque tuvo dificultades para aprender a leer cuando era chico, es el ganador de un Nobel de más edad desde que se entregan los premios. Todavía va al laboratorio casi todos los días y publica papers. La comunidad de investigadores del litio suspiraron aliviados tras el anuncio. "Es una persona increíble –cuenta la física del Instituto Balseiro y la Comisión Nacional de Energía Atómica, Elin Winkler, que hizo su posdoctorado con Goodenough, en Texas–. Tiene toda la información conectada en la cabeza y es capaz de concebir ideas innovadoras.

Los tres científicos recibirán 920.000 dólares divididos en partes iguales.