1. ¿Por qué una investigación sobre plásticos conductores terminó siendo sobre baterías?
El trabajo de Yoshino no tenía como objetivo inicial fabricar baterías. Su punto de partida fue el poliacetileno, un tipo de plástico conductor de electricidad (polímero conductor). Según la página oficial de Asahi Kasei, en 1981, mientras buscaban aplicaciones para este material, descubrieron que era difícil usarlo en celdas solares y decidieron investigar baterías secundarias recargables [4].
En ese momento, la industria de las baterías enfrentaba un gran problema. Se consideraba usar litio metálico como electrodo negativo para nuevas baterías secundarias, pero los intentos de comercializarlas fracasaban constantemente. El sector buscaba materiales que reemplazaran al litio metálico [2].
Para adelantar la respuesta: las baterías prototipo hechas con poliacetileno no cumplían los requisitos. Sin embargo, al cambiar ese material por uno de carbono desarrollado en otro laboratorio de la misma empresa Asahi Kasei, se logró la forma básica de la batería de iones de litio en 1985 [2][4]. Pero, ¿qué falló exactamente con el poliacetileno?
2. ¿Por qué el primer prototipo de batería de Yoshino fracasó aunque era ligero?
En 1983, Yoshino fabricó un prototipo usando óxido de cobalto y litio como electrodo positivo y poliacetileno como negativo. El objetivo era reducir el volumen y el peso a una tercera parte de las baterías secundarias existentes [2].
Se logró la meta de peso, pero no la de volumen. El peso se redujo a aproximadamente un tercio del de una batería de níquel-cadmio. Sin embargo, el volumen apenas cambiaba respecto a la batería de níquel-cadmio. La causa era que la densidad real del poliacetileno (la densidad de la sustancia en sí) es baja [2]. Es similar a un bloque de espuma de poliestireno: es ligero, pero ocupa mucho espacio; ser ligero y ser pequeño son cosas distintas.
Para dispositivos portátiles como teléfonos móviles o computadoras portátiles, no basta con que sean ligeros; también deben ser pequeños. Si el volumen no disminuye, no se cumplen los requisitos. Aquí Yoshino se enfrentó a un dilema: ¿insistir con el poliacetileno o buscar otro material? La ayuda vino de un lugar inesperado.
3. ¿Cómo ayudó a Yoshino un material de otro laboratorio de Asahi Kasei?
El punto de inflexión ocurrió en el laboratorio de fibras de Asahi Kasei. Allí se había desarrollado una fibra de carbono llamada VGCF (fibra de carbono de crecimiento en fase de vapor), que posee una estructura cristalina especial adecuada para el electrodo negativo [2]. La respuesta estaba fuera del laboratorio de baterías.
Así, en 1985, se completó la estructura básica de la batería de iones de litio usando óxido de cobalto y litio como positivo y material de carbono como negativo. Asahi Kasei describe esto como la finalización de la primera estructura básica a nivel mundial [4]. El presidente de NEDO afirmó que encontrar un material de carbono con esa estructura cristalina específica condujo a su aplicación práctica [5].
Ese mismo año, realizaron una prueba de seguridad dejando caer una bola de acero sobre una batería hecha a mano. Se cuenta que las baterías de litio metálico se incendiaban, mientras que la batería de iones de litio pasaba la prueba sin problemas. Yoshino ha relatado que consideró que la batería de iones de litio nació en ese momento de la prueba de seguridad [6]. El cambio al material de carbono permitió comprobar esa seguridad.
Dado que el VGCF es costoso, en las baterías posteriores se utiliza mezclándolo en proporciones del 1 al 2 % con materiales de carbono más baratos [2]. ¿Fue este trabajo solo de Yoshino?
4. ¿Por qué el Nobel de Química 2019 se entregó a tres personas por las baterías de iones de litio?
El 9 de octubre de 2019, se anunció el Premio Nobel de Química por el desarrollo de las baterías de iones de litio. Los galardonados fueron Akira Yoshino, John Goodenough (de EE. UU.) y Stanley Whittingham [1]. Yoshino, nacido en 1948, era Fellow Honorario de Asahi Kasei y profesor de la Universidad Meijo al recibir el premio [1].
Veamos las contribuciones de cada uno. Whittingham propuso en 1975 la intercalación electroquímica (reacción que permite insertar y extraer litio dentro de los materiales). Goodenough descubrió el óxido de cobalto y litio para el electrodo positivo; según NEDO fue en 1979 [5] y según JST en 1980 [2], por lo que se puede decir "alrededor de 1980". Yoshino completó la estructura básica en 1985 combinando carbono como material negativo [5][2].
Esta batería no salió al mercado inmediatamente. Sony fue la primera empresa en comercializarla mundialmente en 1991, y a partir de 1992 se formó una empresa conjunta entre Asahi Kasei y Toshiba. Yoshino participó en su fundación, pero figuras como Michio Nishi de Sony también contribuyeron significativamente a la comercialización [4].
Las ventas crecieron rápidamente alrededor de 1995. Yoshino ha dicho que esta batería apoyó la necesidad de baterías pequeñas y seguras para computadoras y teléfonos móviles [7].
5. ¿Qué libro leyó Yoshino de niño y cómo fue su camino hasta Asahi Kasei?
Yoshino es originario de Suita, prefectura de Osaka, estudió en la Universidad de Kioto y se unió a Asahi Kasei en 1972 [9]. Su entrada al mundo de la química comenzó en la escuela primaria. En entrevistas ha contado que le gustó mucho "La ciencia de las velas" de Faraday, recomendado por su maestra [3]. KADOKAWA también menciona este libro como el origen de su interés [8].
Yoshino explica que una razón para el premio es la promesa futura de resolver problemas ambientales y energéticos. Afirma que tras la revolución IT vendrá la revolución ET (Energía y Tecnología), y predijo que el Nobel de Química de 2038 se otorgará por contribuciones a la solución de problemas ambientales [6]. Esto es una predicción personal, no un hecho confirmado.
Busca en casa: Revisa las etiquetas o manuales de tu teléfono inteligente o computadora portátil para ver si dice "iones de litio". Cuenta cuántos dispositivos tienen esa etiqueta. No desarmes, aplastes ni calientes las baterías; solo obsérvalas.
Toma un libro: Busca en la biblioteca "La ciencia de las velas". Puedes descubrir cómo comenzó la química desde el libro que Yoshino leyó cuando era niño.