USP apresenta bateria de nióbio de 3 volts pronta para testes industriais

A bateria de nióbio desenvolvida na Universidade de São Paulo (USP) alcançou 3 volts, mostrou estabilidade fora das condições ideais de laboratório e já está sendo avaliada em arquiteturas industriais, marcando um avanço inédito para a pesquisa brasileira em armazenamento de energia.

Origem da pesquisa da bateria de nióbio

O trabalho teve início há dez anos, no campus de São Carlos da USP, sob coordenação do professor Frank Crespilho, ligado ao Instituto de Química de São Carlos e líder do Grupo de Bioeletroquímica e Interfaces. Desde então, o projeto contou com o suporte do Instituto de Física de São Carlos e do Instituto Nacional de Eletrônica Orgânica e Sustentabilidade. A motivação principal foi explorar o nióbio, metal abundante no Brasil, em aplicações de alto valor agregado, reduzindo a dependência de tecnologias importadas.

Ao longo dessa década de estudos, a equipe acumulou conhecimento sobre a interação do nióbio com ambientes eletroquímicos. Cada resultado parcial alimentou novos protótipos até que, recentemente, a primeira célula plenamente funcional confirmou a viabilidade do dispositivo em condições reais, fora do ambiente controlado do laboratório.

Desafio técnico central: estabilização do nióbio

O maior obstáculo para transformar o metal em material ativo de uma bateria sempre foi a degradação que ocorre na presença de água e oxigênio. Em circuitos eletroquímicos convencionais, esses elementos aceleram reações indesejadas que comprometem a vida útil do eletrodo. Resolver tal problema era essencial para garantir recarga repetitiva sem perda de desempenho.

Frank Crespilho investigou como algumas enzimas e metaloproteínas, presentes em organismos vivos há bilhões de anos, conseguem alternar estados eletrônicos de metais reativos sem que ocorra decomposição. A observação desse fenômeno inspirou a tentativa de replicar, em escala de engenharia de materiais, um microambiente controlado capaz de preservar o nióbio durante os ciclos de carga e descarga.

NB-RAM: a solução biológica aplicada à bateria de nióbio

A estratégia resultou na criação do Niobium Redox Active Medium (NB-RAM), descrito pela equipe como uma “caixa de proteção inteligente”. Esse meio químico funciona como um invólucro molecular que isola o nióbio de agentes degradantes e, simultaneamente, permite que o metal mude repetidamente de estado de oxidação para gerar eletricidade.

Chegar ao desenho final do NB-RAM exigiu dezenas de versões experimentais. A pesquisadora Luana Italiano dedicou dois anos ao refinamento do sistema, buscando um ponto de equilíbrio: proteção suficiente para evitar corrosão sem bloquear a passagem de carga elétrica. Cada ajuste nos constituintes químicos era seguido por testes de repetibilidade, até que a estabilização completa fosse alcançada de modo consistente.

Uma vez validado, o meio protetor permitiu que a bateria emergisse da escala laboratorial para formatos compatíveis com as exigências da indústria. A patente, já depositada pela USP, assegura a propriedade intelectual sobre o método de estabilização e a arquitetura celular resultante.

Testes industriais confirmam desempenho da bateria de nióbio

Com o NB-RAM incorporado, a célula mostrou tensão operacional de 3 volts, faixa utilizada pela maioria das baterias comerciais. A comprovação incluiu ciclos sucessivos de carga e descarga, executados em dois formatos padrão: coin (tipo moeda) e pouch (laminado flexível). Esses ensaios ocorreram em parceria com o pesquisador Hudson Zanin, da Universidade Estadual de Campinas, reforçando a integração entre instituições de pesquisa.

Os resultados validaram a prova de conceito em ambientes controlados, mas próximos das linhas fabris. A estabilidade observada demonstrou que a tecnologia pode ser escalada sem depender exclusivamente de condições ideais de laboratório, fato decisivo para atrair interesse industrial.

Além da tensão adequada, a bateria evidenciou comportamento repetitivo durante diversos ciclos, requisito para aplicações que demandam recarga frequente. O desempenho está alinhado com expectativas de dispositivos eletrônicos atuais, indicadores que consolidam o potencial de adoção comercial.

Impacto potencial e próximos passos para a bateria de nióbio da USP

Para avançar rumo à fase final, o coordenador do projeto defende a criação de um centro multimodal de pesquisa e inovação. A proposta envolve a colaboração de universidades, startups de base tecnológica e dos poderes estadual e federal. O objetivo é reunir infraestrutura e capital humano capazes de transformar o protótipo em produto disponível no mercado.

A equipe acredita que a nova célula ilustra a capacidade do Brasil de converter recursos minerais em soluções tecnológicas de alto valor, superando o modelo econômico baseado somente na exportação de matéria-prima. Entretanto, alcançar escala industrial exigirá articulação entre ciência, política de inovação e investimento produtivo.

Até o momento, a patente depositada assegura exclusividade para o processo e confere vantagem estratégica ao grupo da USP em possíveis negociações com parceiros privados. Enquanto isso, os ensaios continuam, focados em aumentar a quantidade de ciclos sem degradação perceptível, parâmetro que definirá a vida útil comercial do dispositivo.

Próximas rodadas de teste em condições ainda mais próximas das linhas de fabricação deverão ocorrer quando o centro multimodal proposto for formalizado. Esse passo é visto como fundamental para consolidar o cronograma que levará a bateria de nióbio ao estágio de produção em larga escala.

Cronologia resumida e perspectivas

• Início da pesquisa: há dez anos, no Instituto de Química de São Carlos, sob liderança de Frank Crespilho.
• Identificação do desafio: degradação do nióbio na presença de água e oxigênio.
• Desenvolvimento do NB-RAM: solução química inspirada em sistemas biológicos, refinada por dois anos pela pesquisadora Luana Italiano.
• Patente depositada: assegura os direitos sobre o método de proteção e a arquitetura da célula.
• Testes industriais: realizados em formatos coin e pouch, com ciclos repetitivos bem-sucedidos.
• Próximo marco: criação de um centro multimodal para completar a fase de desenvolvimento industrial.

O cronograma futuro prevê novos ensaios em arquiteturas de mercado e a formação das parcerias necessárias para viabilizar a produção em escala. Esses passos determinarão quando a bateria de nióbio atingirá o consumidor final e se consolidará como exemplo de inovação científica nacional aplicada à indústria energética.