Investigadores coreanos especifican cómo podrían diseñarse y revolucionar a la industria del sector

Una investigación desarrollada en Corea del Sur ha descubierto un sistema para que la recarga de los coches eléctricos se reduzca a 3 minutos en casa y a 9 segundos en una estación. Aplica tecnologías cuánticas que recargan de golpe todas las celdas de la batería.

Ya sea fotovoltaica o fusión, tarde o temprano, la civilización humana debe recurrir a las energías renovables. Esto se considera inevitable considerando las demandas energéticas, cada vez mayores, y la naturaleza finita de los combustibles fósiles.

En consecuencia, se ha llevado a cabo mucha investigación para desarrollar fuentes alternativas de energía, la mayoría de las cuales utilizan la electricidad como principal vector de aprovisionamiento energético.

La extensa I+D en energías renovables ha ido acompañada de cambios sociales graduales, a medida que el mundo adopta nuevos productos y dispositivos que funcionan con energías renovables.

Vehículos eléctricos, un hito

El cambio más llamativo que se ha producido recientemente es la rápida adopción de vehículos eléctricos. Aunque apenas se veían en las carreteras hace 10 años, ahora se venden anualmente millones de ellos. Este mercado es uno de los sectores de más rápido crecimiento.

A diferencia de los automóviles tradicionales, que obtienen energía de la combustión de hidrocarburos, los vehículos eléctricos dependen de las baterías como medio de almacenamiento de su energía.

Durante mucho tiempo, las baterías tenían una densidad energética muy inferior a la que ofrecían los hidrocarburos, lo que daba como resultado unas autonomías muy bajas de los primeros vehículos eléctricos.

Sin embargo, la mejora gradual en las tecnologías de las baterías finalmente permitió que los rangos de gestión de los autos eléctricos estuvieran dentro de niveles aceptables, en comparación con los autos que queman gasolina.

No es una disparatado asegurar que la mejora en la tecnología de almacenamiento de baterías ha sido uno de los principales cuellos de botella técnicos que tuvieron que resolverse para poner en marcha la actual revolución de los vehículos eléctricos.

Recarga lenta

Sin embargo, a pesar de las grandes mejoras en la tecnología de las baterías, hoy en día los consumidores de vehículos eléctricos se enfrentan a otra dificultad: la velocidad de carga de la batería es lenta.

Actualmente, los coches tardan unas 10 horas en recargarse completamente en casa. Incluso los sistemas más rápidos en las estaciones eléctricas requieren de 20 a 40 minutos para recargar completamente los vehículos. Esto crea costos adicionales e inconvenientes para los clientes.

Para abordar este problema, los científicos han buscado respuestas en el misterioso campo de la física cuántica. Su búsqueda ha llevado al descubrimiento de que las tecnologías cuánticas pueden prometer nuevos mecanismos para cargar baterías a un ritmo más rápido.

Baterías cuánticas

Dicho 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, se pueden usar para acelerar enormemente el proceso de carga de la batería, al cargar todas las celdas dentro la batería simultáneamente de manera colectiva.

Esto es particularmente interesante, ya que las baterías modernas de gran capacidad pueden contener numerosas celdas. La carga colectiva no es posible en las baterías clásicas, ya que sus celdas se recargan en paralelo, independientemente unas de otras.

La ventaja de una carga colectiva frente a la paralela puede medirse mediante la relación denominada “ventaja de carga cuántica”.

Alrededor del año 2017, se observó que puede haber dos posibles fuentes detrás de esta ventaja cuántica: la operación global (en la que todas las celdas hablan con todas las demás simultáneamente, es decir, “todas sentadas en una mesa”), y acoplamiento de todos a todos (cada celda puede hablar entre sí, pero solo con una celda, es decir, “muchas discusiones, pero cada discusión tiene solo dos participantes”).

Nuevo sistema cuántico

Más recientemente, científicos del Centro de Física Teórica de Sistemas Complejos del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) en Corea del Sur exploraron más a fondo estas opciones.

El artículo que recoge su investigación, que fue elegido como “Sugerencia del editor” en la revista Physical Review Letters, demuestra que el acoplamiento total es irrelevante en las baterías cuánticas y que la presencia de operaciones globales es el único ingrediente necesario para alcanzar la ventaja cuántica.

El grupo identificó incluso la fuente exacta de esta ventaja, mientras descartaba cualquier otra posibilidad e incluso proporcionó una forma explícita de diseñar esas baterías.

Cuestión de segundos

Además, pudo cuantificar con precisión cuánta velocidad de carga se puede lograr en este esquema. Si bien la velocidad de carga máxima aumenta linealmente con la cantidad de celdas en las baterías clásicas, el estudio mostró que las baterías cuánticas que emplean una operación global pueden lograr una escala cuadrática en la velocidad de carga.

Para ilustrar esto, consideraremos un vehículo eléctrico típico con una batería que contiene alrededor de 200 celdas. Emplear esta carga cuántica daría lugar a una aceleración de 200 veces con respecto a las baterías clásicas, lo que significa que el tiempo de carga en el hogar 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 9 segundos.

Impacto industrial

Los investigadores consideran que las consecuencias de su descubrimiento pueden ser de gran alcance y que las implicaciones de la carga cuántica pueden ir mucho más allá de los automóviles eléctricos y la electrónica de consumo.

Por ejemplo, puede encontrar usos clave en futuras plantas de energía 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 un largo camino por recorrer antes de que estos métodos puedan implementarse en la práctica.

Sin embargo, los hallazgos de investigación como estos crean una dirección prometedora y pueden incentivar a las agencias de financiación y las empresas a invertir más en estas tecnologías.

Si se emplean, se cree que las baterías cuánticas revolucionarían por completo la forma en que usamos la energía y nos acercarían un paso más a nuestro futuro sostenible, destacan los investigadores.

Fuente: levante-emv.com