Nova tecnologia carregamento carros eléctricos tão rápido como a bombagem de combustível

Como tal, muita pesquisa tem sido feita para desenvolver fontes alternativas de energia, a maioria das quais utiliza a eletricidade como o principal vector energético. A extensa I&D em energias renováveis tem sido acompanhada por mudanças sociais graduais à medida que o mundo adotou novos produtos e dispositivos que funcionam com energias renováveis.

Ao contrário dos carros tradicionais que derivam energia da combustão de combustíveis hidrocarbonados, os veículos eléctricos dependem de baterias como meio de armazenamento da sua energia.

Durante muito tempo, as baterias tinham uma densidade de energia muito mais baixa do que as oferecidas pelos hidrocarbonetos, o que resultou em gamas muito baixas de veículos eléctricos iniciais. No entanto, a melhoria gradual das tecnologias de baterias acabou por permitir que as gamas de condução dos veículos eléctricos estivessem dentro de níveis aceitáveis em comparação com os veículos que queimavam gasolina.

Não é um exagero dizer que a melhoria da tecnologia de armazenamento de baterias tenha sido um dos principais estrangulamentos técnicos que tiveram de ser resolvidos para dar o pontapé de saída à atual revolução dos veículos eléctricos.

No entanto, apesar das grandes melhorias na tecnologia de baterias, os consumidores de veículos eléctricos enfrentam hoje outra dificuldade - velocidade lenta de carregamento das baterias.

Atualmente, os carros levam cerca de 10 horas a recarregar totalmente em casa. Mesmo os supercarregadores mais rápidos nas estações de carregamento necessitam até 20-40 minutos para recarregar totalmente os veículos. Isto cria custos adicionais e inconvenientes para os clientes.

Resolver o problema do tempo de carregamento

Para resolver este problema, os cientistas procuraram respostas no misterioso campo da física quântica. A sua pesquisa levou à descoberta de que as tecnologias quânticas podem prometer novos mecanismos para carregar baterias a um ritmo mais rápido. Tal conceito de "bateria quântica" foi proposto pela primeira vez num artigo seminal publicado por Alicki e Fannes em 2012.

Foi teorizado que os recursos quânticos, tais como o emaranhado, podem ser utilizados para acelerar enormemente o processo de carregamento da bateria, carregando todas as células dentro da bateria simultaneamente de uma forma coletiva.

Isto é particularmente excitante uma vez que as baterias modernas de grande capacidade podem conter numerosas células. Tal carga coletiva não é possível nas baterias clássicas, onde as células são carregadas em paralelo independentemente umas das outras.

A vantagem desta carga colectiva versus carga paralela pode ser medida pela relação chamada "vantagem de carga quântica". Mais tarde, por volta do ano 2017, notou-se que podem existir duas fontes possíveis por detrás desta vantagem quântica - nomeadamente, "operação global" (em que todas as células falam com todas as outras simultaneamente, ou seja, "todas sentadas numa só mesa") e "acoplamento tudo a tudo" (cada célula pode falar com todas as outras, mas uma única célula, ou seja, "muitas discussões, mas cada discussão tem apenas dois participantes").

No entanto, não é claro se ambas as fontes são necessárias e se existem limites à velocidade de carregamento que podem ser alcançados.

Recentemente, cientistas do Center for Theoretical Physics of Complex Systems dentro do Institute for Basic Science (IBS) exploraram mais aprofundadamente estas questões.

O artigo, que foi escolhido como "Sugestão do Editor" na revista Physical Review Letters, mostrou que o acoplamento de tudo a tudo é irrelevante em baterias quânticas e que a presença de operações globais é o único ingrediente na vantagem quântica. O grupo foi mais longe para identificar a fonte exacta desta vantagem, ao mesmo tempo que excluía quaisquer outras possibilidades e até fornecia uma forma explícita de conceber tais baterias.

Além disso, o grupo foi capaz de quantificar com precisão a velocidade de carregamento que pode ser alcançada neste esquema. Enquanto a velocidade máxima de carga aumenta linearmente com o número de células nas baterias clássicas, o estudo mostrou que as baterias quânticas que empregam uma operação global podem atingir uma escala quadrática na velocidade de carga.

Para ilustrar isto, vamos considerar um veículo eléctrico típico com uma bateria que contém cerca de 200 células. A utilização desta carga quântica levaria a uma velocidade 200 vezes superior à das baterias clássicas, o que significa que o tempo de carregamento em casa seria reduzido de 10 horas para cerca de 3 minutos. Nas estações de carregamento de alta velocidade, o tempo de carga seria cortado de 30 minutos para meros segundos.

Os investigadores dizem que as consequências podem ser de grande alcance e que as implicações da carga quântica podem ir muito além dos automóveis eléctricos e da electrónica de consumo.

Por exemplo, pode encontrar utilizações chave em futuras centrais de fusão, que requerem grandes quantidades de energia para serem carregadas e descarregadas num instante. É claro que as tecnologias quânticas ainda estão na sua infância e há um longo caminho a percorrer antes que estes métodos possam ser implementados na prática.

Resultados de investigação como estes, contudo, criam uma direção promissora e podem incentivar as agências de financiamento e as empresas a investir mais nestas tecnologias. Se forem utilizadas, acredita-se que as baterias quânticas revolucionariam completamente a forma como utilizamos a energia e nos aproximariam mais do nosso futuro sustentável.