En 2019, el Premio Nobel de Química fue otorgado a John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham y Akira Yoshino por su papel fundamental en el desarrollo de las baterías de iones de litio. Estas baterías han cambiado la forma en que el mundo almacena y usa la energía, impulsando desde teléfonos móviles hasta vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento para energías renovables. Las baterías de iones de litio han permitido la miniaturización de la tecnología, la movilidad sostenible y el almacenamiento eficiente de energía, elementos clave en la lucha contra el cambio climático y la transición hacia un futuro más limpio.
A lo largo de varias décadas, estos tres científicos realizaron contribuciones clave que permitieron la creación de baterías recargables más eficientes, ligeras y duraderas. Su trabajo ha sido crucial en la transición hacia tecnologías más sostenibles y ha sentado las bases para el futuro de la energía portátil.
Desde su introducción, las baterías de iones de litio han transformado la sociedad. Su alta densidad energética y capacidad de recarga han hecho posible la proliferación de teléfonos y ordenadores portátiles, vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energías renovables.
A pesar de sus beneficios, estas baterías también tienen inconvenientes. La extracción de litio y otros materiales (como cobalto y níquel) tiene un impacto ambiental significativo. Además, la demanda creciente de baterías ha impulsado la búsqueda de alternativas más sostenibles, como las baterías de estado sólido, que podrían reemplazar a las de iones de litio en el futuro.
El trabajo de Whittingham, Goodenough y Yoshino no solo permitió la creación de una tecnología esencial en el mundo moderno, sino que también inspiró nuevas investigaciones en almacenamiento de energía. Gracias a ellos, estamos más cerca de un futuro donde la energía renovable y la movilidad eléctrica sean la norma.
¿Cómo funcionan las baterías de iones de litio?
Las baterías de iones de litio se basan en el movimiento de iones de litio entre dos electrodos durante los procesos de carga y descarga. Un ánodo (electrodo negativo) y un cátodo (electrodo positivo) están separados por un electrolito, que permite el paso de los iones de litio pero impide el contacto directo entre los electrodos, evitando cortocircuitos.
Cuando la batería se descarga (es decir, cuando proporciona energía a un dispositivo), los iones de litio se mueven desde el ánodo hacia el cátodo a través del electrolito, generando un flujo de electrones que alimenta el circuito externo. Durante la carga, el proceso se invierte: los iones regresan al ánodo, almacenando energía para su uso posterior.
El papel de los galardonados
El desarrollo de la batería de iones de litio no fue un descubrimiento repentino, sino el resultado de décadas de investigación. Cada uno de los galardonados con el Nobel de Química de 2019 realizó una contribución clave que, sumada a las demás, permitió la creación de esta tecnología revolucionaria.
M. Stanley Whittingham: los primeros pasos
En la década de 1970, el fisicoquímico británico M. Stanley Whittingham (nacido en 1941) trabajaba en Exxon investigando nuevas tecnologías de almacenamiento de energía. Fue entonces cuando desarrolló la primera batería de litio recargable.
Whittingham utilizó disulfuro de titanio (TiS₂) como material para el cátodo, ya que tenía una estructura capaz de alojar iones de litio sin destruirse. Como ánodo, empleó litio metálico, que ofrecía una alta capacidad energética. Sin embargo, este diseño presentaba un problema grave: el litio metálico es altamente reactivo, lo que hacía que la batería fuera propensa a explosiones y cortocircuitos.
A pesar de estas limitaciones, la investigación de Whittingham fue un primer paso crucial, demostrando que era posible crear una batería basada en la movilidad de los iones de litio.
John B. Goodenough: la mejora del cátodo y el gran avance
El físico estadounidense John B. Goodenough (1922-2023) llevó la tecnología un paso más allá en la década de 1980. Buscando mejorar el rendimiento y la seguridad de las baterías de Whittingham, Goodenough y su equipo descubrieron que el óxido de cobalto dopado con litio (LiCoO₂) era un material de cátodo mucho más eficiente.
El LiCoO₂ podía almacenar y liberar más iones de litio sin degradarse rápidamente, lo que permitió aumentar significativamente la densidad de energía de la batería. Esta innovación fue clave para desarrollar baterías más compactas, seguras y duraderas.
La mejora de Goodenough sentó las bases para que las baterías de iones de litio se convirtieran en una opción viable para aplicaciones comerciales.
Akira Yoshino: la primera batería comercial segura
El químico japonés Akira Yoshino (nacido en 1948) realizó el último avance clave para convertir las baterías de iones de litio en un producto comercial seguro y funcional. En 1985, Yoshino desarrolló una batería que reemplazaba el peligroso litio metálico del ánodo por un material mucho más estable: coque de petróleo, un derivado del carbono.
El uso de este material permitió fabricar baterías que eran ligeras, seguras y con una vida útil más larga, lo que las hizo adecuadas para dispositivos electrónicos portátiles. En 1991, la compañía Sony comercializó la primera batería de iones de litio basada en este diseño, dando inicio a la era de la energía portátil moderna.
