¿Qué son las baterías de niobio?

El niobio es un metal, extraído del mineral de pirocloro, con número atómico 41. Pertenece al quinto período de la tabla periódica, por lo que se considera un metal de transición, y pertenece a la misma familia que el tantalio.

Es un material relativamente nuevo, fue descubierto a mediados de 1846 y comenzó a utilizarse alrededor de 1950. Cuando se agrega a aleaciones metálicas, como el acero, les confiere ductilidad, haciéndolas capaces de sufrir deformaciones sin romperse.

Se hizo conocido por ser citado frecuentemente por el presidente Jair Bolsonaro como prometedor, porque Brasil posee alrededor del 94% de las reservas mundiales de niobio y es responsable de alrededor del 90% de la extracción del material.

A pesar de esta reputación, actualmente el niobio se exporta prácticamente en su totalidad a bajo costo a otros países que aplican niobio y nos lo revenden.

En cuanto a las ventajas del niobio, presenta alta conductividad térmica y eléctrica, ductilidad, maleabilidad y alta resistencia al calor, desgaste y corrosión. Estas características proporcionan la capacidad de mejorar las propiedades de los materiales, haciéndolos más eficientes. Como resultado, el metal se aplica actualmente a varios sectores, con importantes aportes tecnológicos.

Entre los segmentos que puede traer beneficios está el energético. De acuerdo con CBMM (Companhia Brasileira de Metalurgia e Minação), el niobio es muy prometedor para este mercado, especialmente para baterías.

“El niobio no sustituirá al litio, sino que se aplicará en baterías de litio. En este caso, puede sustituir o reducir el uso de níquel y cobalto. Trabajamos, por ejemplo, en el desarrollo de tecnologías de niobio para el cátodo y ánodo de baterías”, afirmó CBMM.

“Existen varias otras baterías de litio, pero la inserción de niobio representa potencial de seguridad, durabilidad y capacidad de recarga ultrarrápida (en menos de 10 minutos), sin pérdida de ciclo de vida”, destacaron.

El Instituto Senai de Innovación en Electroquímica también analizó el tema y destacó que el metal garantiza soluciones de almacenamiento más eficientes para garantizar un futuro impulsado por electricidad renovable.

“En los proyectos de baterías que contienen niobio se producen electrolitos sólidos con alta conductividad de iones de litio, dando lugar a baterías del tipo 'all solid state', es decir, sin líquido, lo que es potencialmente inflamable”, señalaron.

Estas tecnologías, según el instituto, se denominan baterías de próxima generación. Para este desarrollo, una infraestructura de nivel internacional que incluye además una planta piloto para la producción de baterías de litio y un equipo de investigadores con doctorados, maestrías y posgrados, es el pilar para el éxito de los resultados obtenidos.

Los primeros prototipos de tecnología de baterías con niobio producidos en el Senai en colaboración con CBMM fueron presentados en la 1ª Feria Brasileña del Niobio, que tuvo lugar en octubre de 2021 en el CNPEM (Centro Nacional de Investigación en Energía y Materiales), durante la inauguración de SIRIUS. un acelerador de partículas tipo sincrotón, en Campinas (SP).

“El gran reto es producir prototipos con mayor capacidad de aplicación en un entorno operativo, principalmente en vehículos eléctricos”, concluye el grupo de investigación.

Aplicación en vehículos híbridos

CBMM destacó que una característica extremadamente positiva de esta tecnología es, precisamente, la alta capacidad de recibir carga de los sistemas de frenos de los coches, lo que la convierte en una solución muy competitiva también para los híbridos debido a su potencial para reducir el consumo de combustible.

“Las baterías de niobio, en un vehículo de tamaño mediano, pueden alcanzar una autonomía de aproximadamente 350 km. Con sólo seis minutos de carga, el coche volverá a tener otros 350 kilómetros de autonomía”, informaron.

Esta alta capacidad de recarga también se refleja en el sistema de potencia de los coches, de modo que pueden alcanzar niveles de aceleración mucho mayores en un corto espacio de tiempo sin reducir la vida útil de la batería.

“Cuando las baterías ya no son suficientes para un vehículo, se pueden reutilizar en paneles solares fotovoltaicos, aerogeneradores, etc.”, concluyeron.

Baterías a base de niobio para vehículos eléctricos

WVCO (Volkswagen Caminhões e Ônibus), en asociación con Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração, formalizó un acuerdo para desarrollar y fabricar baterías a base de niobio para vehículos eléctricos (EV), que permitirán cargarlas en hasta seis minutos.

Según Volkswagen, la tecnología que se utilizará en las baterías es el resultado de más de tres años de investigación realizada en conjunto con Toshiba. El inicio de operaciones estará dedicado a los autobuses eléctricos.

VW afirmó que comenzará las pruebas este año y también espera que a finales de 2022 esté listo un modelo de vehículo eléctrico funcional que utilice baterías a base de niobio.

Más sobre el niobio

El niobio no es raro. Además de Brasil, existen más de 85 yacimientos de mineral que pueden transformarse en niobio, en lugares como: Rusia, Canadá, Groenlandia, Angola, Gabón, Kenia, Estados Unidos de América, China, Arabia Saudita, Australia, Tanzania, República Democrática del Congo, Finlandia, Malawi, Noruega, Sudáfrica, Zambia, Namibia, India, España y otros. En otras palabras, no es correcto decir que Brasil tiene reservas minerales que pueden transformarse en niobio.

“La presencia de Brasil en el mercado global se debe al desarrollo de ese mercado, liderado por una empresa brasileña, que invierte desde hace más de seis décadas en tecnología y aplicaciones de productos de niobio en diversos sectores”, concluyó CBMM.

Otras aplicaciones del niobio

Entre sus usos comerciales podemos mencionar su uso en dispositivos médicos, como marcapasos, ya que sus aleaciones metálicas son fisiológicamente inertes y tienen características hipoalergénicas. Por este motivo, también se utiliza en la fabricación de joyas.

El niobio también se utiliza en la producción de cables magnéticos superconductores utilizados en máquinas de resonancia magnética e incluso en aceleradores de partículas.