Entrevista en profundidad: diálogo con pioneros de las baterías de iones de litio

Las baterías de iones de litio, el tipo de teléfono, computadora portátil y automóvil eléctrico, cambiaron por completo los cálculos. Estas baterías también están cambiando el transporte y las redes eléctricas.

Algunas de las características clave de las baterías modernas de iones de litio se remontan al funcionamiento en Japón en la década de 1980, incluido el químico Akira Yoshino, quien ayudó al gigante químico Asahi Kasai a desarrollar algunos avances importantes. El trabajo de Yoshino ayudó a producir baterías de iones de litio utilizando carbono y óxido de cobalto de litio, y pudo contener más energía que la batería móvil estándar de la época.

Por su contribución científica, Yoshino recibió el Premio Japón a principios de este mes, un prestigioso premio otorgado a varios científicos e inventores de cualquier nacionalidad cada año. La semana pasada participó en una celebración a la que asistieron el emperador japonés Akihito y la emperatriz Michiko para ganar su premio.

Unas semanas antes de que comenzara la ceremonia, hablé con Yoshino, de 70 años, a través de su oficina en Tokio. Esta es una conversación que es fácil de editar y traducir.

Fehrenbacher: Cuando comencé a investigar hace muchos años, cuénteme sobre el estado de las baterías recargables. ¿A qué hora está disponible la batería?

Yoshino: Esto fue en 1981, hace 35 años, cuando comencé a investigar sobre baterías. En ese momento, era una batería secundaria de níquel-cadmio que podía usarse para mover una batería recargable.

Fehrenbacher: ¿Por qué funciona la batería?

Yoshino: Se utilizó para cargar dispositivos electrónicos relativamente pequeños, como radios portátiles.

Fehrenbacher: ¿Qué le hizo descubrir el gran avance de las baterías de iones de litio: diseño de batería y óxido de cobalto de litio y carbono?

Yoshino: En 1981, la única batería disponible era níquel cadmio. Sin embargo, las actividades de investigación y desarrollo en ese momento eran muy activas en la promoción de baterías de pequeño tamaño. Pero, lamentablemente, todos estos esfuerzos de investigación y desarrollo han fracasado.

Esto está relacionado con los problemas asociados con los materiales utilizados para el ánodo. El proyecto de investigación no se centra completamente en las baterías. Comienza con un estudio del poliacetileno [polímero conductor] a través del cual puede fluir la corriente. Dado que este es un material a través del cual pueden pasar los iones de litio, es posible desarrollar un ánodo para una batería secundaria.

Para desarrollar una batería de poliacetileno con ánodo, el único material adecuado y disponible para el cátodo es el cobaltato de litio. Este desarrollo se logró en 1983.

Pero continuamos evaluando e investigando y eventualmente reemplazamos el material del ánodo con carbono en lugar de poliacetileno. Así es como desarrolló hoy las baterías de iones de litio.

Fehrenbacher: Para los lectores que no conocen los detalles de las baterías de iones de litio, ¿qué hacen estos detalles en la batería?

Yoshino: Quiero decir que el mayor logro de este avance es que hemos creado una batería pequeña y liviana.

La razón de este gran logro está relacionada con el alto voltaje de la batería. En el caso de una batería de iones de litio, su voltaje es de 4,2 voltios. Sin embargo, en el caso de una batería de níquel-cadmio, es de solo 1,2 voltios. Diré que esta es la principal o mayor ventaja o logro que hemos logrado.

Fehrenbacher: Cuando vio el mercado actual de baterías de iones de litio, ¿le sorprendió que su desarrollo sea tan grande, sea tan importante para las computadoras y los teléfonos móviles basados en estos avances fundamentales?

Yoshino: En 1985, cuando promovimos la investigación y el desarrollo en torno a esta batería, nuestro mercado de baterías era la cámara.

El tamaño de mercado de la cámara es de aproximadamente 1 millón de baterías por mes. En ese momento pensé que este era un mercado muy grande.

Las baterías actualmente disponibles en la demanda total de cámaras para el mercado de grabadoras representan solo el 0,2% del mercado total de baterías. Esto significa que el mercado que imaginamos en ese momento en realidad se multiplicó por 500.

Fehrenbacher: ¿La investigación sobre baterías que ve hoy es particularmente interesante para la próxima generación de baterías?

Yoshino: Quiero decir que en los últimos años he logrado un gran avance en el campo de las baterías de estado sólido.

La ventaja de las baterías de estado sólido es que han demostrado ser excelentes en comparación con las expectativas de rendimiento de salida y rendimiento a baja temperatura.

Desde un punto de vista científico, ahora estamos viendo interés e investigación en los conceptos básicos del comportamiento de las baterías de iones de litio.

Fehrenbacher: ¿Qué lo inspiró a convertirse en químico y trabajar en almacenamiento de energía?

Yoshino: Obtuve la primera inspiración para la ciencia del maestro de escuela primaria. El profesor es un químico que me enseñó mucho sobre química. También sugirió que leyera el libro de [Michael] Faraday titulado "Historia química de las velas", que se considera una lectura importante en el campo.

Fehrenbacher: ¿Qué consejo daría a los jóvenes interesados en la ciencia, la química y la tecnología de las baterías?

Yoshino: La sociedad actual gira en torno a Internet y nos enfrentamos a mucha información.

Los jóvenes tienden a malinterpretar que no hay nada que explorar en las ciencias naturales, porque todo ha sido descubierto y aclarado. Pero diré que la realidad es todo lo contrario. En toda la disciplina de las ciencias naturales, lo que los humanos han articulado es solo una pequeña parte.

Fehrenbacher: Además de su invención de la batería, ¿cuál es la fuente de inspiración en su vida?

Yoshino: Fuera de la ciencia, el área que me interesa particularmente es la historia. La razón por la que estoy interesado en la historia es que involucra eventos que sucedieron en el pasado, lo que significa que ya hay una respuesta.

Entonces, si estudias historia, descubrirás cómo implementar esta respuesta. En este sentido, creo que tienen mucho en común con respecto a la historia y la forma en que la ciencia y la ciencia se desarrollan.

Fehrenbacher: La ceremonia de premiación japonesa llegará pronto. ¿Estás emocionado? ¿Cual es tu plan?

Yoshino: Sí, estoy deseando que llegue este evento. Me invitaron a asistir a la gran cena a la que asistirá su Alteza Real de Japón, y tuve la suerte de sentarme a su lado.

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