Stanley Whittingham, que recibió el premio Nobel de Química en 2019 por la invención de la batería de litio junto a John Goodenough y Akira Yoshino, solo tardó tres meses en desarrollar el concepto de la batería de litio que ha cambiado el mundo en otoño de 1972. Con 31 años y educado en Oxford, fue el primero que vio en el horizonte lo que después se convertiría en una revolución técnica sin igual. Cincuenta años después, los hitos históricos que jalonan el desarrollo de la batería de litio parecen hacer imposible su nacimiento.
Stanley Whittingham
Todavía muy joven, con un programa de postdoctorado recién terminado en la Universidad de Stanford, Whittingham trabajaba para Exxon Corp. en Nueva Jersey. Irónicamente, su invento no beneficiaba en absoluto el negocio de una compañía petrolera como Exxon.
Las primeras aplicaciones de esta batería incluirían videocámaras, ordenadores portátiles y teléfonos inteligentes. Más tarde, esta misma tecnología acabaría impulsando vehículos eléctricos en todo el mundo, convirtiéndose en un competidor del producto principal de Exxon, el petróleo. Visto en retrospectiva, parece imposible que la petrolera 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 y permitía almacenar energía.
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. A continuación, tomó una decisión que cambió la historia de la ciencia. Para el ánodo, inicialmente examinó el funcionamiento del potasio, pero decidió que era demasiado peligroso. Y entonces se decidió por un metal suave, plateado y liviano... el litio.
En última instancia, decidió usar el litio no solo en el ánodo de la batería, sino también en el electrolito. Y los resultados que obtuvo fueron asombrosos. Mientras que las mejores baterías de la época funcionaban a 1,3 voltios, este nuevo modelo ofrecía 2,4 voltios. Y, gracias a la ciencia de la intercalación, además era recargable.
Las versiones funcionales de la batería de disulfuro de litio y titanio de Whittingham estaban terminadas en diciembre de 1972. Un mes después, los gerentes de Exxon convocaron al inventor 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 -recuerda Whittingham-. Alguien en investigación les había dicho lo que estaba pasando, así que entré y lo expuse: cinco minutos, diez como máximo. Y en una semana decidieron que sí querían invertir en ello".
Otro concepto de investigación corporativa
En los tiempos actuales, que Exxon invirtiera en una tecnología que en el futuro competiría con el petróleo 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, según los científicos, no habría disponibilidad de petróleo suficiente. Además, por aquel entonces, las grandes empresas como Exxon 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, la empresa descubriría cómo beneficiarse de él.
Whittingham siguió adelante y Exxon solicitó una patente en Bélgica en 1973. Ese año, cuando se produjo la crisis del petróleo en los Estados Unidos, la compañía aceleró los trámites y,, en 1975 sus abogados estaban solicitando una serie de patentes estadounidenses sobre la batería de Whittingham.
La batería de Whittingham no se conocía todavía como de iones de litio ni usaba la misma química que las 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, donde funcionó perfectamente.
A pesar de esta prueba exitosa, Exxon fue perdiendo 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", afirmó Whittingham años después. "Un día simplemente dijeron: Vamos a dejar de hacer esto".
John Goodenough
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. Esta nueva versión era aún mejor: más energética y también recargable. No había nada igual en el mercado comercial.
Pero cuando Goodenough contactó con los fabricantes de baterías en el Reino Unido, EE.UU. y Europa continental, no encontró a nadie interesado. El mundo, al parecer, no quería la batería de litio recargable. Incluso, la Universidad de Oxford se negó a pagar por una patente. Para obtener la protección de la patente, Goodenough tuvo que viajar hasta el laboratorio del gobierno en las cercanías de Harwell, Inglaterra, y ceder sus derechos sobre la invención. Este laboratorio patentó la tecnología y esta quedó inactiva.
Años más tarde, sin embargo, el laboratorio de Harwell recibió una llamada inesperada de Sony, la compañía tecnológica japonesa, para 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 no podían imaginar qué patente había despertado tal 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.
Akira Yoshino
Los ingenieros de Sony querían la patente con el fin de implementar las baterías para su nueva videocámara, llamada Handycam. Usando la celda de litio recargable, esta podría ofrecer un peso más ligero y un tiempo de trabajo más prolongado. Su plan era utilizar el cátodo de óxido de cobalto de Goodenough y acoplarlo con un ánodo de coque de petróleo desarrollado por Akira Yoshino en Japón para Asahi Chemical en Japón.
La batería de litio recargable estaba en el buen camino. Sony la denominó batería de iones de litio, la incluyó en la Handycam y la ofreció al mercado a partir de 1991. Pronto, empezó a utilizarse en ordenadores portátiles y teléfonos inteligentes. En 1998, Nissan Motor colocó por primera vez una batería de iones de litio en un automóvil eléctrico de edición limitada llamado Altra y comenzó a trazar planes más grandes. Después, como ya sabemos, otros fabricantes de automóviles hicieron lo mismo y la batería de iones de litio se convirtió en un negocio en crecimiento de 30.000 millones de dólares al año.
El premio Nobel
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 como única aplicación en el reloj de pulsera Ebauches.
En 2019, ambos científicos fueron co-ganadores del Premio Nobel de Química, junto con Akira Yoshino, En ese momento, habían pasado 47 años desde la invención de Whittingham y 39 desde el desarrollo de Goodenough.
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 y es la única aplicación que emplea esa química en particular. Asegura 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. Nuestro invento llegó demasiado temprano".
