Una nueva tecnología para que la carga de los coches eléctricos sea tan rápida como el bombeo de gasolina
La carga cuántica reducirá el tiempo de carga de los vehículos eléctricos de diez horas a tres minutos
Ya sea la fotovoltaica o la fusión, tarde o temprano la civilización humana deberá recurrir a las energías renovables. Esto se considera inevitable teniendo en cuenta la creciente demanda de energía de la humanidad y el carácter finito de los combustibles fósiles. Por ello, se ha investigado mucho para desarrollar fuentes de energía alternativas, la mayoría de las cuales utilizan la electricidad como principal vector energético. La amplia investigación y desarrollo de las energías renovables ha ido acompañada de cambios sociales graduales a medida que el mundo adoptaba nuevos productos y dispositivos que funcionaban con energías renovables. El cambio más llamativo en los últimos tiempos es la rápida adopción de los vehículos eléctricos. Mientras que hace 10 años apenas se veían en las carreteras, ahora se venden millones de coches eléctricos al año. El mercado de los coches eléctricos es uno de los sectores de más rápido crecimiento y ha ayudado a Elon Musk a convertirse en el hombre más rico del mundo.
Una ilustración del vehículo eléctrico actual frente al futuro vehículo basado en tecnologías de baterías cuánticas. El empleo de la carga cuántica permitiría multiplicar por 200 la velocidad de un vehículo eléctrico típico, lo que significa que el tiempo de carga se reduciría de 10 horas a unos 3 minutos (en casa), o de 30 minutos a 9 segundos en una estación de carga.
Institute for Basic Science
A diferencia de los coches tradicionales, que obtienen la 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 de energía muy inferior a la que ofrecen los hidrocarburos, lo que se traducía en una autonomía muy baja de los primeros vehículos eléctricos. Sin embargo, la mejora gradual de las tecnologías de las baterías acabó por permitir que las autonomías de los coches eléctricos estuvieran dentro de unos niveles aceptables en comparación con los coches de gasolina. No hay que subestimar que la mejora de la tecnología de almacenamiento de las baterías era uno de los principales cuellos de botella técnicos que había que resolver para poner en marcha la actual revolución de los vehículos eléctricos.
Sin embargo, a pesar de las grandes mejoras en la tecnología de las baterías, hoy los consumidores de vehículos eléctricos se enfrentan a otra dificultad: la lenta velocidad de carga de las baterías. Actualmente, los coches tardan unas 10 horas en recargarse completamente en casa. Incluso los supercargadores más rápidos de las estaciones de carga requieren hasta 20-40 minutos para recargar completamente los vehículos. Esto genera costes adicionales y molestias a los clientes.
Para solucionar este problema, los científicos buscaron respuestas en el misterioso campo de 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. Este concepto de "batería cuántica" se propuso por primera vez en un artículo fundamental publicado por Alicki y Fannes en 2012. La teoría es que los recursos cuánticos, como el entrelazamiento, pueden utilizarse para acelerar enormemente el proceso de carga de las baterías, cargando todas las celdas de la batería simultáneamente de forma 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". Más tarde, en torno al año 2017, se observó que puede haber dos posibles fuentes detrás de esta ventaja cuántica, a saber, 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) han profundizado en estas cuestiones. El trabajo, que fue elegido como "Sugerencia del Editor" en la revista Physical Review Letters, 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 pilas.
Además, el grupo fue capaz de cuantificar con precisión 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, consideraremos un vehículo eléctrico típico con una batería que contiene unas 200 celdas. El empleo de esta carga cuántica supondría un aumento de velocidad de 200 veces respecto a 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 un poco más a nuestro futuro sostenible.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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