O que são as baterias de nióbio?

O nióbio é um metal, extraído a partir do minério pirocloro, com o número atômico 41. Ele pertence ao quinto período da tabela periódica, portanto considerado um metal de transição, e se encontra na mesma família que o Tântalo.

É um material relativamente novo, foi descoberto em meados de 1846 e começou a ser utilizado por volta de 1950. Quando adicionado às ligas metálicas, como por exemplo o aço, confere ductilidade aos mesmos, tornando-os capazes de sofrer deformações sem se romper.

O mesmo tornou-se conhecido por ser frequentemente citado pelo presidente Jair Bolsonaro como promissor, isso porque o Brasil detém cerca de 94% de toda a reserva de nióbio mundial e é responsável por outros cerca de 90% da extração do material.

Apesar dessa fama, atualmente o nióbio é praticamente todo exportado a baixo custo para outros países que aplicam o nióbio e revendem para nós.

Com relação às vantagens do nióbio, possui alta condutividade térmica e elétrica, a ductilidade, maleabilidade e a alta resistência ao calor, ao desgaste e à corrosão. Essas características proporcionam a capacidade de aprimorar as propriedades de materiais, fazendo deles mais eficientes. Em decorrência disso, atualmente o metal é aplicado para diversos setores, com importantes contribuições tecnológicas.

Entre os segmentos que o mesmo pode trazer benefícios está o de energia. De acordo com a CBMM (Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração), o nióbio é muito promissor para tal mercado, especialmente para as baterias.

“O nióbio não substituirá o lítio, mas sim será aplicado em baterias de lítio. No caso, pode substituir ou reduzir a utilização de níquel e cobalto. Nós atuamos, por exemplo, no desenvolvimento de tecnologias de nióbio para o catodo e para o anodo das baterias”, disse a CBMM.

“Existem várias outras baterias de lítio, porém a inserção do nióbio representa potencial de segurança, durabilidade e capacidade de recarga ultrarrápida (em tempos inferiores a 10 minutos), sem perda do ciclo de vida”, destacaram.

O Instituto Senai de Inovação em Eletroquímica também discorreu sobre o assunto e ressaltou que o metal garante soluções de armazenamento mais eficientes para garantir um futuro movido por eletricidade renovável.

“Nos projetos de baterias contendo nióbio são produzidos eletrólitos sólidos com alta condutividade de íons lítio produzindo baterias do tipo ‘toda de estado sólido’, ou seja, sem líquido, que é potencialmente inflamável”, apontaram.

Estas tecnologias, de acordo com o instituto, são chamadas de baterias de próxima geração. Para esse desenvolvimento, uma infraestrutura de nível internacional que contempla, inclusive, uma planta piloto de produção de baterias de lítio e um time de pesquisadores doutores, mestres e graduados, é o pilar para o sucesso dos resultados obtidos.

Os primeiros protótipos da tecnologia de bateria contendo nióbio produzidos no Senai em parceria com a CBMM foram apresentados na 1ª Feira Brasileira de Nióbio, que ocorreu em outubro de 2021 no CNPEM (Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais), durante a inauguração do SIRIUS, acelerador de partículas do tipo Síncroton em Campinas (SP).

“O grande desafio é produzir protótipos de maior capacidade para aplicação em ambiente operacional, principalmente em veículos elétricos”, concluiu o grupo de pesquisas.

Aplicação em veículos híbridos

A CBMM enfatizou que uma característica extremamente positiva desta tecnologia é, justamente, a elevada capacidade de receber carga dos sistemas de frenagem dos carros, tornando-se assim uma solução muito competitiva também para híbridos pelo seu potencial de redução de consumo de combustível.

“As baterias com nióbio, em um veículo de médio porte, podem permitir atingir autonomias de aproximadamente 350 km. Com apenas seis minutos de carregamento o carro terá novamente outros 350 km de autonomia”, relataram.

Esta elevada capacidade de recarga também se reflete no sistema de potência dos automóveis, assim podem atingir níveis de aceleração bem maiores em um curto espaço de tempo sem reduzir a vida útil da bateria.

“Quando as baterias não forem mais suficientes para um veículo, ela pode ser reutilizada em painéis solares fotovoltaicos, turbinas eólicas, etc.”, finalizaram.

Baterias à base de nióbio para VEs

A WVCO (Volkswagen Caminhões e Ônibus), em parceria com a Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração, formalizaram um acordo para desenvolver e fabricar baterias à base de nióbio para VEs (veículos elétricos), permitindo que os mesmos sejam carregados em até seis minutos.

Segundo a Volkswagen, a tecnologia que será empregada nas baterias é fruto de uma pesquisa de mais de três anos feita em conjunto com a Toshiba. O início das operações será dedicado em ônibus elétricos.

A VW afirmou que irá começar os testes este ano e prevê ainda que um modelo funcional de veículo elétrico com uso de baterias à base de nióbio esteja pronto até o final de 2022.

Mais sobre o nióbio

O Nióbio não é raro. Além do Brasil, existem mais de 85 depósitos de minérios que podem ser transformados em nióbio, em locais como: Rússia, Canadá, Groenlândia, Angola, Gabão, Quênia, Estados Unidos da América, China, Arábia Saudita, Austrália, Tanzânia, República Democrática do Congo, Finlândia, Maláui, Noruega, África do Sul, Zâmbia, Namíbia, Índia, Espanha e outros. Ou seja, não é correto afirmar que o Brasil concentra as reservas de minérios que podem ser transformadas em nióbio.

“A representatividade do Brasil no mercado global se deve ao desenvolvimento deste mercado, liderado por uma empresa brasileira, que investe há mais de seis décadas em tecnologia e aplicações para produtos de nióbio em diversos setores”, concluiu a CBMM.

Outras aplicações do nióbio

Entre suas utilizações comerciais, podemos citar o uso em dispositivos médicos, como o marca-passo, pois suas ligas metálicas são fisiologicamente inertes e com características hipoalergênicas. Por esse motivo, também é utilizado na fabricação de joias.

O nióbio também é utilizado na produção de fios de ímãs supercondutores empregados nas máquinas de ressonância magnética e até nos aceleradores de partículas.