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By SmartWallboxes
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 por ejemplo para la carga de los vehículos eléctricos y el carácter finito de los combustibles fósiles. Se ha investigado mucho para desarrollar fuentes de energía alternativas, la mayoría de las cuales utilizan la electricidad como principal vector energético.
La amplia I+D en materia de 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 ha sido 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.
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 energética muy inferior a la que ofrecen los hidrocarburos, lo que se traducía en una autonomía muy baja de los primeros vehículos eléctricos.
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 de la carga de los vehículos eléctricos que había que resolver para poner en marcha la actual revolución de los vehículos eléctricos.
Sin embargo, a pesar de las enormes mejoras en la tecnología de las baterías, los consumidores actuales de vehículos eléctricos se enfrentan a otra dificultad: la lenta velocidad de carga de las baterías. Actualmente, los coches tardan unas 8 horas en recargarse completamente en casa. Incluso los supercargadores más rápidos de las estaciones de carga requieren hasta 20 o 40 minutos para realizar la carga de los vehículos eléctricos completamente. Esto genera costes adicionales y molestias a los clientes.
Tecnología cuántica para conseguir que la carga de los vehículos eléctricos sea tan rápida como echar gasolina
Para solucionar este problema, los científicos buscaron respuestas en el campo de la física cuántica. Su búsqueda les ha llevado a descubrir que las tecnologías cuánticas pueden prometer nuevos mecanismos para realizar la carga de los vehículos eléctricos a mayor velocidad. La tecnología de las baterías cuánticas se propuso por primera vez en un artículo fundamental publicado por Alicki y Fannes en 2012. La teoría era 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.
Alrededor de 2017, los investigadores se dieron cuenta de 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 todos a todos (es decir, “muchas discusiones, pero cada discusión tiene solo dos participantes”). Sin embargo, no está claro si estas dos fuentes son necesarias, ni si hay límites a la velocidad de carga de los vehículos eléctricos que se puede alcanzar.
Usando la carga cuántica se podría conseguir velocidades de carga de los vehículos eléctricos de 200 veces mas rápidas. Esto significa conseguir tiempos de recarga desde 9 segundos a 3 minutos en un EV típico.
Recientemente, científicos del Centro de Física Teórica de Sistemas Complejos del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) han profundizado en estas cuestiones. El trabajo, que fue elegido como sugerencia de los editores 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 de los vehículos eléctricos 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 unos segundos.
Los investigadores afirman que las consecuencias son de largo 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, hallazgos de investigación como estos crean una dirección prometedora y pueden incentivar a los organismos de financiación y a las empresas a seguir invirtiendo en estas tecnologías para mejorar los tiempos de carga de los vehículos eléctricos .
