En un nuevo estudio publicado en Physical Review Letters, investigadores del Instituto de Ciencias Básicas de Corea (IBS) sugieren que la carga cuántica de las baterías de los vehículos eléctricos reducirá el tiempo de carga de diez horas a tres minutos en casa.
A pesar de las importantes y continuas mejoras en la tecnología de las baterías, los consumidores de vehículos eléctricos siguen enfrentándose a la lenta velocidad de carga de las mismas.
Actualmente, los coches pueden tardar unas 10 horas en recargarse completamente en casa. Incluso los cargadores rápidos de corriente continua requieren hasta 20-40 minutos para recargar completamente los vehículos. Esto genera costes adicionales e inconvenientes para los clientes.
Para solucionar este problema, algunos científicos han recurrido a la física cuántica.
Su búsqueda les ha llevado a descubrir que las tecnologías cuánticas pueden prometer nuevos mecanismos para cargar las baterías a mayor velocidad.
El concepto de «batería cuántica» se propuso por primera vez en un artículo seminal publicado por Alicki y Fannes en 2012. Se teorizó que los recursos cuánticos, como el entrelazamiento, pueden usarse para acelerar el proceso de carga de la batería cargando todas las celdas dentro de la batería simultáneamente de manera colectiva.
Esto es especialmente interesante, ya que las baterías modernas de gran capacidad pueden contener numerosas celdas. Esta carga colectiva no es posible en las baterías clásicas, en las que las celdas se cargan en paralelo de forma independiente. La ventaja de esta carga colectiva frente a la paralela puede medirse mediante la relación denominada «ventaja de carga cuántica».
Alrededor de 2017, se observó que puede haber dos posibles fuentes detrás de esta ventaja cuántica: el «funcionamiento global» (en el que todas las células hablan con todas las demás simultáneamente, es decir, «todos sentados en una mesa») y el «acoplamiento de todas a todas» (cada célula puede hablar con todas las demás, pero una sola célula, es decir, «muchas discusiones, pero cada discusión tiene solo dos participantes»).
Sin embargo, no está claro si estas dos fuentes son necesarias y si hay límites a la velocidad de carga que se puede alcanzar.
Recientemente, científicos del Centro de Física Teórica de los Sistemas Complejos del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) profundizaron en estas cuestiones.
El trabajo demostró que el acoplamiento total es irrelevante en las baterías cuánticas y que la presencia de operaciones globales es el único ingrediente de la ventaja cuántica.
El grupo fue más allá al señalar el origen exacto de esta ventaja, al tiempo que descartó cualquier otra posibilidad, e incluso proporcionó una forma explícita de diseñar dichas baterías.
Además, el grupo fue capaz de cuantificar la velocidad de carga que se puede alcanzar con este esquema.
Mientras que la velocidad máxima de carga aumenta linealmente con el número de celdas en las baterías clásicas, el estudio demostró que las baterías cuánticas que emplean un funcionamiento global pueden lograr un escalado cuadrático en la velocidad de carga.
Para ilustrar esto, consideremos un vehículo eléctrico típico con una batería que contiene unas 200 celdas. Empleando esta carga cuántica se obtendría una velocidad 200 veces superior a la de las baterías clásicas, lo que significa que en casa el tiempo de carga se reduciría de 10 horas a unos 3 minutos. En las estaciones de carga de alta velocidad, el tiempo de carga se reduciría de 30 minutos a apenas unos segundos.
Los investigadores dicen que las consecuencias pueden ser de gran alcance y que las implicaciones de la carga cuántica pueden ir mucho más allá de los coches eléctricos y la electrónica de consumo. Por ejemplo, puede encontrar usos clave en las futuras centrales eléctricas de fusión, que requieren grandes cantidades de energía para cargarse y descargarse en un instante.
Por supuesto, las tecnologías cuánticas aún están en pañales y queda mucho camino por recorrer antes de que estos métodos puedan aplicarse en la práctica. Sin embargo, los hallazgos de investigaciones como ésta crean una dirección prometedora y pueden incentivar a los organismos de financiación y a las empresas a seguir invirtiendo en estas tecnologías. Si se emplean, se cree que las baterías cuánticas revolucionarían por completo la forma en que utilizamos la energía y nos acercarían a un futuro sostenible.
Más información:
- Ju-Yeon Gyhm, Dominik Šafránek, and Dario Rosa (2022) “Quantum charging advantage cannot be extensive without global operations” Phys. Rev. Lett.
- Robert Alicki, Mark Fannes (2012) “Extractable work from ensembles of quantum batteries. Entanglement helps” doi: 10.48550/arXiv.1211.1209
Fernando dice
Este es el presente y el futuro,ojalá esto sea más pronto que tarde y que sea global y en todo el mundo.Se necesita un cambio de tendencia y un modelo sostenible.Necesitamos que sea un cambio a nivel mundial,la naturaleza nos espera.Por un planeta libre de Co2 y más limpio.