Investigadores del Centro de Física Teórica de Sistemas Complejos dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) de Corea del Sur han hallado una nueva tecnología para que la velocidad de carga de los vehículos eléctricos (VE) sea tan rápida como echar gasolina. Basándose en la física cuántica, estos científicos han demostrado que es posible reducir el tiempo de carga de diez horas a tres minutos.
A pesar de las grandes mejoras tecnológicas que se han llevado a cabo en los últimos años para aumentar la autonomía de las baterías de los VE, en la actualidad los usuarios se enfrentan a otra dificultad: la velocidad de carga.
Actualmente, los coches tardan unas 10 horas en recargarse completamente en casa. Incluso los supercargadores más rápidos requieren de 20 a 40 minutos para recargar completamente los vehículos. Esto crea costos adicionales e inconvenientes para los clientes.
Batería cuántica
Para abordar este problema, los científicos han buscado respuestas en el 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.
Dicho concepto de ‘batería cuántica’ se propuso por primera vez en un artículo publicado por Alicki y Fannes en 2012. Se teorizó que los recursos cuánticos, como el entrelazamiento, se pueden usar para acelerar el proceso al recargar todas las celdas dentro de la batería simultáneamente de manera colectiva.
Este descubrimiento es crucial para las baterías modernas de gran capacidad que pueden contener numerosas celdas. Tal carga colectiva no es posible en las baterías clásicas, donde las celdas se cargan en paralelo independientemente unas de otras. La ventaja de esta carga colectiva frente a la paralela puede medirse mediante la relación denominada ‘ventaja de carga cuántica’.
Más tarde, alrededor del año 2017, se demostró que puede haber dos posibles fuentes detrás de esta ventaja cuántica: la ‘operación global’ (en la que todas las celdas interactúan con todas las demás simultáneamente) y ‘acoplamiento total’ (cada celda solo puede interactuar con otra, es decir, ‘muchas discusiones, pero cada discusión tiene solo dos participantes’).
Operación global, clave de la tecnología cuántica
Después de estos hallazgos, la ciencia ha seguido profundizando más en el tema de las baterías cuánticas hasta llegar a los descubrimientos del grupo de investigadores del Centro de Física Teórica de Sistemas Complejos dentro del IBS.
Este equipo científico ha mostrado 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 para identificar la fuente exacta de esta ventaja mientras descartaba cualquier otra posibilidad e incluso proporcionó una forma explícita de diseñar tales baterías.
Además, el grupo 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, se consideró 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 tres minutos. En las estaciones de carga de alta velocidad, el tiempo de carga se reduciría de 30 minutos a meros segundos.
Nueva vía hacia un futuro sostenible
Los investigadores del IBS afirman que las consecuencias de este hallazgo 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.
Aunque aún queda un largo camino por recorrer antes de que estos métodos puedan implementarse en la práctica, hallazgos como estos abren una vía prometedora y pueden incentivar al sector financiero y a las empresas a invertir más en estas tecnologías.
El IBS estima que si las baterías cuánticas llegaran al mercado revolucionarían por completo la forma en que usamos la energía y nos acercarían un paso más a un futuro sostenible.