Recordando el litio

El premio Nobel John B. Goodenough, uno de los inventores de la batería de iones de litio, murió el 25 de junio a los 100 años.

Goodenough, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Texas en Austin, fue autor de más de 800 artículos técnicos durante su carrera. A él y a sus colegas se les concedió recientemente una patente estadounidense, poco antes de cumplir 100 años.

Goodenough, matemático y físico de formación, tuvo una carrera de 70 años en física y química. Probablemente sea más conocido por desarrollar el cátodo de óxido de cobalto y litio en 1980, que se convirtió en la base de la primera batería comercial de iones de litio de Sony en 1991.

Por ello, ganó el Premio Nobel de Química en 2019, premio que compartió con M. Stanley Whittingham, quien creó el concepto de iones de litio, y Akira Yoshino, quien desarrolló la química del ánodo que se utilizó en la primera batería de iones de litio de Sony.

Goodenough recibió la Medalla IEEE 2012 por Tecnologías Ambientales y de Seguridad por descubrimientos que " allanaron el camino para el desarrollo de la tecnología de baterías recargables de iones de litio".

A partir de la década de 1990, su cátodo de óxido de cobalto y litio se utilizó en muchos productos electrónicos, incluidas videocámaras, computadoras portátiles y teléfonos móviles. Más tarde se convirtió en la química elegida por los primeros coches eléctricos, incluido el Tesla Roadster de 2008.

Sin embargo, dentro de la comunidad de baterías, Goodenough es conocido por algo más que óxido de litio y cobalto. Ayudó a desarrollar tres de los cinco tipos de químicas de iones de litio más utilizados. El primero fue el óxido de litio y cobalto. El segundo, el óxido de litio y manganeso, se utiliza en herramientas eléctricas, dispositivos médicos y algunos vehículos eléctricos. Su tercero, el fosfato de hierro y litio, es ahora una de las sustancias químicas para baterías más populares en la industria automotriz.

Nacido en Jena, Alemania, Goodenough creció en Woodbridge, Connecticut, a unos 13 kilómetros de Yale, donde su padre era profesor de religión.

Goodenough era disléxico y tenía dificultades para leer, lo que casi provocó que lo retrasaran en sexto grado.

“Estaba tan frustrado que no podía leer”, escribió en sus memorias, Witness to Grace. “Y, por supuesto, mi hermano [mayor] leía muy bien y mi padre era profesor y tenía muchos libros para leer. Fue terrible."

Goodenough aprendió a leer por sí solo y se convirtió en un estudiante de alto rendimiento en la escuela secundaria. Pero incluso después de ser aceptado en Yale, dijo, se mantuvo alejado de todos los cursos con listas de lectura largas, por temor a no poder mantener el ritmo.

Después de graduarse en 1943 con una licenciatura en matemáticas, Goodenough se unió al ejército de los EE. UU. Trabajó como meteorólogo y se le asignó la tarea de predecir el clima para la invasión del Día D de los aliados.

Después de la Segunda Guerra Mundial, realizó un doctorado en física en la Universidad de Chicago. Estudió con Enrico Fermi, el físico que creó la primera reacción nuclear en cadena del mundo, y con Edward Teller, el llamado "padre de la bomba de hidrógeno". Su supervisor doctoral fue Clarence Zener, cuyo diodo permitía que la corriente fluyera en sentido inverso.

Después de que Goodenough obtuvo un doctorado. En 1952, en física del estado sólido, se unió al Laboratorio Lincoln del MIT, en Lexington, Massachusetts, como investigador. Allí formó parte de un equipo que desarrolló la primera memoria magnética de acceso aleatorio del mundo. Su capacidad para cruzar disciplinas comenzó en el MIT.

“En el Laboratorio Lincoln, para resolver problemas, teníamos que unir la física y la química con la ingeniería”, dijo durante una entrevista en 2016.

Goodenough desarrolló la batería de iones de litio mientras se desempeñaba como director designado del laboratorio de química inorgánica de Oxford. La Universidad de Texas en Austin

En 1976 se mudó a Inglaterra para trabajar en Oxford, donde fue nombrado jefe de su laboratorio de química inorgánica, a pesar de haber realizado pocos cursos formales de química. Fue allí donde Goodenough dejó su huella mientras trabajaba en una batería de litio recargable con Koichi Mizushima, un investigador postdoctoral.

Whittingham, investigador de Exxon, había desarrollado una batería de disulfuro de litio y titanio en la década de 1970; Goodenough decidió sustituir el disulfuro de titanio por óxido de litio y cobalto. Le dio a la batería un aumento de voltaje significativo: de 2,4 a 4 voltios. El voltaje más alto hizo que la química de su nueva batería fuera casi imposible de ignorar.

Goodenough patentó su batería en 1980, renunciando a sus derechos financieros sobre ella para financiar la patente.

Sony produjo su primera batería comercial de iones de litio en 1991 utilizando el cátodo de óxido de cobalto de Goodenough y Mizushima. Inicialmente, la empresa utilizó la batería en su Handycam, y la tecnología de iones de litio pronto llegó a miles de millones de teléfonos móviles y computadoras portátiles.

Mientras todavía estaba en Oxford en 1981, Goodenough trabajó con Michael M. Thackeray en una batería de óxido de litio y manganeso. La batería OVM era menos costosa y más segura de usar que el óxido de litio y cobalto, y se convirtió en un pilar de herramientas y dispositivos médicos. En 2010, Nissan lo utilizó en su coche eléctrico Leaf.

Goodenough regresó a los Estados Unidos en 1986 y se unió a la Universidad de Texas en Austin como profesor de ingeniería mecánica. Allí trabajó en otra química de iones de litio en 1995: el fosfato de hierro y litio.

Al principio, tenía poca confianza en la química, pensando que tenía muy poca energía. Pero el científico francés de baterías Michel Armand llamó a Goodenough y se ofreció a colaborar en ello. El dúo creó una batería de iones de litio con menor voltaje pero también menor costo y mayor seguridad.

Veinticinco años después, la batería está ganando impulso en la industria del automóvil como medio para reducir el coste de los coches eléctricos. Hoy en día lo utilizan los fabricantes chinos de vehículos eléctricos, incluido BYD, así como Ford, General Motors y Tesla.

Goodenough [izquierda] compartió el Premio Nobel de Química 2019 con Akira Yoshino [centro] y M. Stanley Whittingham. Yoshino desarrolló la química del ánodo que se utilizó en la primera batería de iones de litio de Sony y Whittingham creó el concepto de iones de litio. Alexander Mahmoud/Nobel Media

Durante sus 70 años de carrera, Goodenough recibió numerosos premios. Además del Premio Nobel, recibió en 2011 la Medalla Nacional de Ciencias de Estados Unidos de manos del presidente Barack Obama.

Otros honores de Goodenough incluyeron la Medalla Copley 2019 de la Royal Society, el Premio Charles Stark Draper 2014 de la Academia Nacional de Ingeniería, el Premio Japón 2001, la Medalla Benjamin Franklin 2018 y el Premio Enrico Fermi 2009.

Fue miembro de la Academia Nacional de Ingeniería, la Academia Nacional de Ciencias, la Academia de Ciencias de Francia y la Academia Nacional de Ciencias de la India.