Cincuenta años después: el improbable nacimiento del litio

charles murray | 04 de noviembre de 2022

Stanley Whittingham tardó solo tres meses en el otoño de 1972 en evocar el concepto de la batería que cambió el mundo. Whittingham, un químico educado en Oxford de 31 años, pensó que veía una revolución técnica en el horizonte.

Cincuenta años después, la historia del nacimiento de su batería suena improbable. Whittingham era joven, acababa de terminar un programa de postdoctorado en la Universidad de Stanford y trabajaba para Exxon Corp. en Nueva Jersey. Irónicamente, su concepto de batería no beneficiaría a Exxon. Sus primeras aplicaciones incluirían videocámaras, computadoras portátiles y teléfonos celulares, ninguno de los cuales tenía conexión remota con Exxon. Más tarde, su concepto terminaría impulsando autos eléctricos en todo el mundo, sirviendo como competidor directo del petróleo de Exxon. En retrospectiva, parece imposible que Exxon pudiera haber apoyado tal investigación. Pero lo hizo.

El trabajo de Whittingham en Exxon avanzó rápidamente. Se incorporó a la empresa en septiembre de 1972 y, a las pocas semanas, comenzó a trabajar en un concepto que había estudiado en Stanford. El concepto implicaba insertar iones en la red atómica de ciertos metales y luego extraer esos iones. Se llamaba intercalación (pronunciado "en-TURK-a-lay-shun"). "Dije: 'Oye, podemos almacenar energía aquí", recordó en el libro Long Hard Road: The Lithium-Ion Battery and the Electric Car. "Y fue entonces cuando nos metimos en estudios electroquímicos, y luego en baterías".

Decidió construir una batería utilizando materiales de intercalación en ambos electrodos. Primero, consideró una variedad de compuestos en capas y eligió titanio para el cátodo de la batería. Luego vino la decisión que cambió la historia de la ciencia. Para un ánodo, inicialmente examinó el potasio, pero decidió que era demasiado peligroso. Pronto se decidió por un metal suave, plateado y liviano... litio. En última instancia, usaría litio en el ánodo de la batería y luego en su electrolito. Los resultados fueron asombrosos. Mientras que las mejores baterías de la época funcionaban con 1,3 voltios, esta nueva batería ofrecía 2,4 voltios. Y, gracias a la ciencia de la intercalación, era recargable. Las versiones funcionales de la batería de disulfuro de titanio y litio de Whittingham se terminaron en diciembre de 1972.

Un mes después, los gerentes corporativos de Exxon convocaron a Whittingham a sus oficinas en la ciudad de Nueva York. "Me pidieron que hablara con un subcomité de la junta de Exxon y explicara lo que estaba haciendo", recordó Whittingham. "Alguien en investigación les había dicho lo que estaba pasando", dijo en Long Hard Road. "Así que entré y lo expliqué: cinco minutos, diez como máximo. Y en una semana decidieron que sí, querían invertir en esto".

Que Exxon haya invertido en una tecnología que competiría con el petróleo ahora parece increíble. Pero el mundo era diferente en 1972. El consenso científico en ese momento sostenía que la Tierra se quedaría sin petróleo en 50 años. Para el año 2000, dijeron los científicos, la disponibilidad de petróleo estaría cayendo seriamente. Además, la cultura de la investigación corporativa era diferente en 1972. Las grandes empresas, Exxon como ejemplo, creían profundamente en el concepto de investigación fundamental: ciencia por el bien de la ciencia. Los artículos científicos y las patentes eran el objetivo. Si se lograba un gran avance, se suponía que la empresa descubriría cómo beneficiarse de él.

Tal fue el caso de Whittingham. Se animó a seguir adelante. Así lo hizo, y Exxon solicitó una patente en Bélgica en 1973. Cuando se produjo una crisis del petróleo en los Estados Unidos en 1973, creció el sentido de urgencia de Exxon. Para 1975, sus abogados estaban solicitando una serie de patentes estadounidenses sobre la batería de Whittingham.

Sin duda, la batería de Whittingham no se llamaba iones de litio ni usaba la misma química que los productos actuales. Pero operaba con el mismo mecanismo fundamental: iones de litio insertados en un electrodo anfitrión. Se fabricó una pequeña versión de pila de botón de la batería y se empleó en un "reloj de pulsera solar perpetuo" vendido por una empresa suiza, Ebauches SA. Allí, sirvió perfectamente. Es más, era casi imposible mirar esta nueva batería y no pensar en un posible futuro en un coche eléctrico.

Aún así, Exxon perdió interés lentamente en la batería de disulfuro de litio y titanio. La crisis del petróleo se desvaneció, la aplicación del reloj de pulsera se consideró insignificante y las prioridades corporativas cambiaron. Finalmente, los gerentes de la empresa decidieron vender la tecnología. La batería se autorizó a tres empresas: una en Asia, una en Europa y otra en los EE. UU. "No hubo mucha discusión", dijo Whittingham años después. "Un día simplemente dijeron: 'Vamos a dejar de hacer esto'".

Pero la batería de litio recargable no estaba muerta. En 1980, John Goodenough, un estadounidense de 58 años que trabajaba en la Universidad de Oxford en Inglaterra, mejoró la batería de Whittingham con un nuevo cátodo. El cátodo de Goodenough se llamaba óxido de cobalto y litio y ofrecía unos sorprendentes cuatro voltios. Ahora la batería era aún mejor: más energética y aún así recargable. No había nada igual en el mercado comercial.

John Goodenough fue co-ganador del Premio Nobel de Química en 2019 por su desarrollo de la batería de óxido de cobalto y litio. A los 97 años, Goodenough era el premio Nobel de mayor edad de la historia. Actualmente trabaja como profesor de ingeniería mecánica, de materiales y eléctrica en la Universidad de Texas.

Pero cuando Goodenough contactó a los fabricantes de baterías en el Reino Unido, EE. UU. y Europa continental, no encontró partes interesadas. El mundo, al parecer, no quería la batería de litio recargable. Incluso su empleador, la Universidad de Oxford, se negó a pagar por una patente. Para obtener la protección de la patente, Goodenough tuvo que viajar a un laboratorio del gobierno en las cercanías de Harwell, Inglaterra, y ceder sus derechos sobre la invención. El laboratorio de Harwell patentó la tecnología. Entonces la patente quedó inactiva.

Años más tarde, sin embargo, el laboratorio de Harwell recibió una llamada inesperada de Sony Corp. en Japón, queriendo discutir un acuerdo de licencia sobre una patente que había estado acumulando polvo durante ocho años. La llamada sorprendió a todos en el laboratorio. Al principio, los científicos del laboratorio no podían imaginar qué patente había despertado el interés. Pronto se dieron cuenta de que Sony estaba citando una patente antigua titulada "Celda electroquímica con conductores de iones rápidos". Era la patente de John Goodenough.

Los ingenieros de Sony querían la patente porque planeaban construir baterías para su nueva videocámara, llamada Handycam. Usando la celda de litio recargable, razonaron, la Handycam podría ofrecer un peso más ligero y un tiempo de ejecución más largo. Su plan era utilizar el cátodo de óxido de cobalto de Goodenough y acoplarlo con un ánodo de coque de petróleo desarrollado por Asahi Chemical en Japón.

Por fin, la batería de litio recargable estaba en camino. Sony la denominó batería de iones de litio, la incluyó en la Handycam y la ofreció al mercado a partir de 1991. Pronto, la batería se utilizó en computadoras portátiles y teléfonos celulares. En 1998, Nissan Motor Co. colocó iones de litio en un automóvil eléctrico de edición limitada llamado Altra y comenzó a trazar planes más grandes. Otros fabricantes de automóviles siguieron, y la batería de iones de litio se convirtió en un negocio en crecimiento de $ 30 mil millones al año.

Ni Whittingham ni Goodenough ganaron dinero con sus inventos. Goodenough cedió los derechos de su química de óxido de cobalto y litio en 1980, lo que le imposibilitó obtener ganancias personales. El disulfuro de litio y titanio de Whittingham se usó solo en el reloj de pulsera Ebauches y nunca para ninguna otra aplicación.

En 2019, ambos científicos fueron co-ganadores del Premio Nobel de Química, junto con Akira Yoshino, quien co-desarrolló el ánodo de coque de petróleo para Asahi Chemical en Japón. En ese momento, habían pasado 47 años desde la invención de Whittingham y 39 desde el desarrollo de Goodenough.

Akira Yoshino, quien desarrolló el ánodo de coque de petróleo para la batería de iones de litio, fue coganador del Premio Nobel de Química 2019.

En su escritorio, Whittingham tiene un reloj solar alimentado por una batería de disulfuro de litio y titanio. Él construyó el reloj en 1977. Todavía funciona hoy. Su reloj es la única aplicación que queda para usar esa química en particular.

Hoy, dice que entiende por qué su química no tuvo un gran impacto comercial en la década de 1970. "El mercado (de baterías) simplemente no iba a ser lo suficientemente grande", dijo en Long Hard Road. "Nuestro invento fue demasiado pronto".

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