Imagine um carro elétrico capaz de recuperar sua energia em segundos ou uma bateria que praticamente não perde capacidade depois de milhares de ciclos. É esse tipo de possibilidade que desperta o interesse pelas chamadas baterias quânticas.
Diferentemente das tradicionais células de íons de lítio, esses dispositivos experimentais exploram fenômenos da mecânica quântica para armazenar e liberar energia. A tecnologia ainda está longe de substituir a bateria de um celular, mas experimentos de laboratório começam a demonstrar algumas das propriedades que poderiam torná-la útil no futuro.
Como funciona uma bateria quântica?
Uma bateria convencional armazena energia por meio de processos químicos. Durante a carga e a descarga, elétrons e íons se movimentam entre seus componentes.
A proposta das baterias quânticas é completamente diferente.
Elas utilizam sistemas microscópicos, como átomos, moléculas ou outros estados quânticos, para armazenar energia. Em determinados experimentos, pesquisadores também exploram a interação entre luz e matéria.
Um dos fenômenos mais estudados nesse campo é a chamada superabsorção.
Em determinadas configurações, várias unidades quânticas podem interagir coletivamente com uma fonte de energia. Isso pode produzir uma vantagem na potência de carregamento à medida que o sistema cresce.
Em outras palavras, o comportamento coletivo das unidades pode permitir que a energia seja absorvida de maneira mais eficiente do que se cada componente fosse carregado de forma completamente independente.
Entrelaçamento e superposição entram na equação
Outro conceito investigado é o entrelaçamento quântico, fenômeno no qual diferentes componentes de um sistema apresentam correlações que não podem ser explicadas pela física clássica.
Essas interações coletivas estão no centro de vários modelos teóricos de baterias quânticas.
A superposição também pode desempenhar um papel importante. Pesquisadores conseguem manipular sistemas de luz e matéria para produzir estados híbridos, incluindo os chamados polaritons.
Esses estados surgem da forte interação entre fótons e excitações da matéria e podem ser utilizados em experimentos destinados a estudar como a energia é absorvida, armazenada e liberada.
Isso abre a possibilidade de sistemas nos quais a energia seja fornecida por pulsos de luz, em vez de depender exclusivamente das correntes elétricas utilizadas pelas baterias convencionais.
A grande diferença, portanto, não está simplesmente em encontrar uma química melhor. A ideia é explorar outro conjunto de fenômenos físicos para armazenar energia.
Elas realmente poderiam carregar em segundos?
Essa é uma das possibilidades que mais chama atenção, mas também exige cautela.
Modelos teóricos e experimentos demonstram que efeitos quânticos coletivos podem aumentar significativamente a potência de carregamento em determinadas condições. Isso alimenta a expectativa de cargas extremamente rápidas.
Porém, os protótipos atuais armazenam quantidades minúsculas de energia.
Estamos muito longe de uma bateria quântica capaz de alimentar um smartphone ou carro elétrico e ser recarregada instantaneamente.
As baterias de lítio, por outro lado, já conseguem armazenar grandes quantidades de energia em dispositivos relativamente pequenos. O preço dessa capacidade é conhecido: elas precisam de minutos ou horas para carregar e sofrem degradação química ao longo dos ciclos de uso.
Em princípio, dispositivos quânticos poderiam evitar parte desse desgaste porque não dependeriam dos mesmos processos químicos.
Isso poderia resultar em sistemas com vida útil muito maior. Mas transformar essa possibilidade teórica em uma bateria comercial continua sendo um enorme desafio.
Onde as baterias quânticas poderiam ser utilizadas?
As primeiras aplicações provavelmente não estarão nos celulares.
Computadores quânticos e instrumentos científicos de alta precisão aparecem como candidatos mais realistas. Esses equipamentos trabalham em escalas nas quais pequenas quantidades de energia e um controle extremamente preciso podem ser mais importantes do que a capacidade total de armazenamento.
Outra possibilidade envolve redes elétricas alimentadas por fontes renováveis.
Energia solar e eólica variam conforme as condições ambientais. No futuro, sistemas capazes de absorver ou fornecer energia extremamente rápido poderiam ajudar a responder a oscilações repentinas na rede.
A mobilidade elétrica representa uma possibilidade muito mais ambiciosa.
Caso baterias quânticas consigam um dia armazenar grandes quantidades de energia, veículos elétricos poderiam se beneficiar de tempos de recarga drasticamente menores.
A exploração espacial também é considerada um campo promissor. Satélites, sondas e outros equipamentos poderiam aproveitar sistemas compactos capazes de receber energia rapidamente, desde que os enormes obstáculos de engenharia sejam superados.
O maior problema é transformar experimentos em baterias reais
Apesar das possibilidades, as baterias quânticas continuam sendo uma tecnologia experimental.
Pesquisadores de instituições como a CSIRO, na Austrália, e de diferentes universidades já demonstraram fenômenos relacionados à superabsorção e ao armazenamento quântico de energia em condições controladas.
Mas existem obstáculos enormes.
Um deles é a decoerência. Estados quânticos são extremamente sensíveis às interações com o ambiente. Temperatura, vibrações e outras perturbações podem destruir rapidamente as propriedades necessárias para o funcionamento do sistema.
Outro problema é a quantidade de energia armazenada.
Os experimentos atuais trabalham em escalas extremamente pequenas, muito distantes dos watts-hora necessários para alimentar aparelhos eletrônicos ou veículos.
Por fim, existe o desafio da escalabilidade. Manter um sistema quântico controlado se torna cada vez mais complicado conforme aumentam seu tamanho e número de componentes.
Por isso, ainda é cedo para imaginar uma bateria quântica substituindo o lítio dentro de celulares ou carros.
Mas a tecnologia apresenta uma ideia fascinante: em vez de continuar aperfeiçoando apenas a química das baterias, talvez seja possível utilizar as próprias regras da mecânica quântica para encontrar novas maneiras de armazenar energia.
[ Fonte: Infobae ]
