Pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP), campus de São Carlos, alcançaram um marco tecnológico ao criar a primeira bateria recarregável do mundo feita inteiramente com nióbio. O metal, abundante no Brasil e objeto de estudos globais há décadas, sempre representou um desafio devido à complexidade de seus componentes, que se degradam rapidamente em contato com água e oxigênio. A pesquisa resultou não apenas em um novo dispositivo, mas em uma descoberta fundamental sobre como controlar a química do nióbio em baterias, protegida por patente depositada junto à USP.
O desafio do nióbio
O nióbio possui uma estrutura eletrônica que permite acessar múltiplos estados de oxidação, cada um representando um nível eletrônico distinto, potencialmente útil para armazenar carga. Essa característica torna o metal promissor para aplicações eletroquímicas. No entanto, o grande obstáculo sempre foi sua instabilidade em ambientes eletroquímicos comuns: na presença de água e oxigênio, o nióbio sofre reações químicas que o degradam. Segundo o professor Frank Nelson Crespilho, do Instituto de Química de São Carlos (IQSC), o nióbio funciona como um interruptor com muitos níveis, não apenas ligado e desligado, e cada nível guarda uma quantidade diferente de energia. Fora de um ambiente controlado, ele enferruja e quebra. A solução encontrada foi criar uma 'caixa de proteção inteligente', batizada de NB-RAM, que permite ao interruptor mudar de nível repetidamente de forma controlada, sem degradação. Crespilho compara o mecanismo aos sistemas biológicos, que serviram de inspiração para a bateria de nióbio.
Versões experimentais e estabilidade
Luana Cristina Italiano Faria, doutoranda em Química na USP, contou que a maior dificuldade ao longo dos anos foi obter a forma ativa do nióbio. Após conseguir estabilizá-lo, foi possível integrá-lo a uma bateria. O processo envolveu dezenas de versões experimentais, com ajustes no ambiente químico e nos mecanismos de proteção do material ativo. Segundo Luana, não bastava fazer a bateria funcionar uma única vez; o foco foi garantir a estabilidade. O desafio foi encontrar o equilíbrio entre proteger o sistema e manter o desempenho elétrico: se a proteção for excessiva, a bateria não entrega energia; se insuficiente, ela se degrada. Os estudos foram realizados em ambientes chamados de 'caixa de luvas', onde foi possível eliminar o oxigênio e a umidade do ar.
10 anos de estudos
O protótipo produzido é composto por duas peças impressas em 3D: de um lado, o polo positivo da bateria; do outro, o negativo; e entre eles, um separador. As peças são montadas como um sanduíche, formando a primeira bateria de nióbio do mundo. Um frasco no laboratório guarda 10 anos de estudos e muitos segredos: o nióbio na forma ativa, após passar por todos os processos e testes que o tornaram viável para uso em baterias. Luana explica que um equipamento específico simula ciclos de carga e descarga, como em um celular, permitindo anotar todos os valores para comparar o sistema. Com o protótipo funcional, a tecnologia teve a patente depositada pela USP e avançou para níveis intermediários de maturidade tecnológica (TRL-4), comprovando que a bateria funciona não apenas em condições ideais de laboratório, mas também em ambientes e arquiteturas próximas da realidade industrial. O protótipo atinge 3 volts, faixa de tensão de baterias comerciais, competindo diretamente com tecnologias existentes, e foi testado em formatos industriais, como células tipo coin (moeda) e pouch (laminadas flexíveis).
Geração de energia portátil
Atualmente, as baterias mais usadas são as de lítio, presentes em celulares, computadores portáteis e carros elétricos, com a China dominando a produção e comercialização. Com a descoberta dos pesquisadores da USP, o Brasil pode se tornar destaque no setor de geração de energia portátil. O professor Crespilho destacou as vantagens do nióbio: o Brasil possui 90% ou mais das reservas mundiais do metal, o que é estratégico; além disso, o nióbio atinge voltagem acima de 3 volts, patamar necessário para competir com outras tecnologias comerciais. A pesquisa despertou o interesse de grupos internacionais, incluindo empresas chinesas do setor de baterias, que entraram em contato para conhecer a tecnologia. Apesar do interesse externo, Crespilho defende que o desenvolvimento completo da bateria permaneça no Brasil. Ele afirma que a tecnologia é estratégica e que o depósito da patente garante proteção, mas é o empenho institucional que assegura que ela se transforme em desenvolvimento, indústria e soberania tecnológica. Para avançar, é necessário criar um centro multimodal de pesquisa e inovação, envolvendo governos estadual e federal, universidades e startups de base tecnológica. Crespilho conclui que 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.
