Primer prototipo de batería cuántica crea una nueva forma de almacenamiento de energía

Cuando se trata de almacenar energía, los métodos principales son bastante consistentes. El más común es aprovechar una reacción química, generalmente utilizando un elemento muy electroreactivo, como el litio, que almacena la energía eléctrica al mover electrones de un metal a un ion y viceversa.

Otra forma de almacenar energía son los ultracapacitores, que almacenan la carga eléctrica directamente en la superficie de un material como el grafeno. Por último, la energía puede almacenarse en forma de calor o movimiento, como en baterías térmicas y volantes de inercia.

Sin embargo, parece que un nuevo método acaba de añadirse a las posibles formas de almacenamiento de energía por investigadores australianos del Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), la Universidad RMIT y la Universidad de Melbourne.

Desvelaron un prototipo temprano de una “batería cuántica”, que aprovecha efectos cuánticos en lugar de carga eléctrica, reacción química o calor y movimiento para almacenar energía. Detallaron sus hallazgos en un artículo científico publicado en la prestigiosa revista Light Sciences & Applications¹, bajo el título “Potencia eléctrica superextensiva de una batería cuántica”.

¿Qué es una batería cuántica?

En lugar de química y/o carga eléctrica, las baterías cuánticas utilizan los principios bastante contraintuitivos de la mecánica cuántica, incluyendo la superposición y el entrelazamiento.

El entrelazamiento es un fenómeno donde dos o más partículas se vuelven tan profundamente vinculadas que comparten un único estado cuántico, sin importar la distancia que las separa.

Hasta ahora, esta idea ha sido explorada extensamente en teoría, pero con muy pocos experimentos prácticos que prueben el concepto en el mundo real.

La idea clave del prototipo desarrollado por los investigadores es un sistema llamado microcavidad, que puede atrapar la luz y luego convertirla en electricidad. En este caso, los investigadores usaron cavidades de Fabry‑Pérot, un “sándwich” donde la luz se refleja entre dos espejos paralelos, que ya se considera para muchas aplicaciones, como la construcción de nuevos tipos de sensores.

Fuente: Applied Physics B

Otro concepto clave es la superabsorción de energía de la luz, el fenómeno opuesto a la superradiación. La superabsorción es un fenómeno cuántico‑mecánico donde un grupo de átomos o moléculas absorbe luz colectivamente a una velocidad mayor que la suma de sus tasas de absorción individuales.

Así, en lugar de sumarse como con materiales normales, la capacidad de absorción aumenta exponencialmente.

Como resultado, una colección de partículas puede, teóricamente, absorber luz hasta 10 veces más rápido que partículas independientes, ofreciendo potencial para una transferencia de energía extremadamente rápida. Lo cual, por supuesto, sería muy útil para un sistema de baterías.

En la práctica, la superabsorción es difícil de mantener en configuraciones prácticas, ya que los sistemas naturales tienden a favorecer la emisión de luz sobre la absorción.

Primer prototipo de una batería cuántica

Los investigadores utilizaron un diseño llamado microcavidad multicapa, usando ftalocianina de cobre (CuPc), un pigmento sintético azul brillante que se usa comúnmente como semiconductor orgánico en OLEDs y células solares.

Fuente: Light Sciences & Applications

Esto crea un acoplamiento fuerte luz‑materia, o la interacción entre la luz y una corriente eléctrica generada.

“Al cargarse, la energía se transfiere rápidamente a un estado triplete metastable en CuPc, cuya población persiste seis órdenes de magnitud más tiempo que el pulso láser de carga. La extracción eléctrica se facilita mediante capas de transporte de carga que introducen tanto un gradiente de energía, que favorece la separación y el transporte de carga.”

Es importante que este diseño crea una salida de potencia eléctrica que escala superextensivamente (superabsorción + superradiación) con la capacidad de la batería. Por lo tanto, cuanto más de este material esté presente a la vez, más rápido será la descarga eléctrica.

“Nuestros hallazgos confirman un efecto cuántico fundamental que es completamente contraintuitivo: las baterías cuánticas se cargan más rápido a medida que crecen. Las baterías actuales no funcionan así.” Líder de investigación James Quach.

Resultados de la primera batería cuántica

El prototipo demostró la primera observación experimental de una potencia de descarga eléctrica en estado estable superextensiva, un fenómeno no predicho por la teoría cuántica, pero con una evidente aplicación potencial en baterías cuánticas.

Más precisamente, usando métodos de espectroscopía ultrarrápida, midieron el comportamiento de carga de la batería. Encontraron que la batería cuántica retuvo la energía almacenada durante seis órdenes de magnitud más tiempo (seis ceros) que el tiempo que tomó cargarla.

“Demostramos un dispositivo que puede cargarse, almacenar esa energía y luego descargarla. Este es un desarrollo emocionante en un campo interdisciplinario que crece rápidamente. Con suerte, las baterías cuánticas pronto dejarán de ser una idea teórica y serán algo que se pueda construir en el laboratorio.” Daniel Gómez – Profesor de Física Química de RMIT.

También demostraron que las microcavidades pueden cargarse tanto con luz coherente (láseres) como con luz “normal”, lo que las hace lo suficientemente flexibles para aplicaciones prácticas más allá de baterías potenciales.

Hacia baterías cuánticas prácticas

Estabilizando la energía almacenada

Hasta ahora, una microcavidad en la experiencia puede mantener la energía estable solo durante 50 nanosegundos, apenas suficiente para cualquier aplicación práctica en almacenamiento de energía.

Sin embargo, esto va en la dirección correcta, ya que es tres órdenes de magnitud más largo que el estado del arte equivalente en baterías cuánticas de microcavidad que operan a temperatura ambiente. Y un sistema más grande probablemente tendrá un período de retención de energía mucho más largo en cualquier caso, incluso sin un diseño mejorado.

Se probó la extracción de energía, los dispositivos mostraron densidades de potencia de descarga máximas razonables entre 10‑40 microwatt/cm², un resultado bastante honorable en comparación con los micro‑supercondensadores de alto rendimiento, que pueden alcanzar 30‑175 microwatt/cm².

Además, este rendimiento se logró a temperatura ambiente bajo condiciones normales, una situación rara con fenómenos cuánticos que a menudo requieren temperaturas ultrafrías o alta presión, como la superconductividad, por ejemplo.

Debido a que este prototipo demuestra una ruta escalable hacia una gran capacidad de almacenamiento de energía, representa un sólido primer paso hacia baterías cuánticas utilizables.

Los próximos pasos

Lo siguiente a mejorar será escalar el diseño y medir cuánto la superabsorción aumenta el rendimiento en la práctica con más microcavidades en el mismo dispositivo.

Otro paso clave será intentar mejorar radicalmente la duración del almacenamiento de energía. Dispositivos más grandes, temperaturas más frías o una estructura de red especial podrían ayudar.

“Aunque aún queda mucho trabajo por hacer en la investigación de baterías cuánticas, hemos dado un paso importante hacia la realización de las posibilidades. El próximo paso para las baterías cuánticas ahora mismo es extender su tiempo de almacenamiento de energía. Si podemos superar ese obstáculo, estaríamos un poco más cerca de baterías cuánticas comercialmente viables.” Líder de investigación James Quach.

A largo plazo, una batería así podría superar a las baterías químicas, o al menos a los supercondensadores, que se usan cada vez más junto con baterías químicas en maquinaria pesada, camiones eléctricos, etc.

También podrían ser potencialmente un relé/buffer sólido para cargar una batería estándar más rápido, o formar la base de nuevos paneles solares más eficientes.

“Mi ambición última es un futuro donde podamos cargar coches eléctricos mucho más rápido que los coches de gasolina, o cargar dispositivos a largas distancias de forma inalámbrica.” Líder de investigación James Quach.

El fenómeno revelado por este prototipo podría ser útil más allá de las baterías cuánticas. Por ejemplo, podría usarse para crear nuevos tipos de dispositivos de luz a energía, incluidos sistemas fotovoltaicos.

Invertir en baterías cuánticas

QuantumScape

Dado que este prototipo de batería cuántica es el primero de su tipo, aún no existe una forma directa de invertir en este concepto. Pero el progreso en la tecnología de baterías es rápido, y la transición completa de vehículos de combustible a vehículos eléctricos es cada vez más probable en un corto plazo, ya que los EV pronto tendrán más potencia, mayor autonomía y serán más baratos de operar. Y esto fue antes de que una gran crisis del precio del petróleo se avecinara por la guerra con Irán.

Una parte clave de esta evolución son las baterías de estado sólido, un tipo de diseño que elimina el electrolito usado normalmente en las baterías de iones de litio, haciendo la batería mucho más densa y segura.

Una empresa líder en el sector es QuantumScape (QS ), una compañía fundada en 2010 y en una profunda asociación con el Grupo Volkswagen para ayudar al segundo mayor fabricante de automóviles del mundo a ponerse al día en la tecnología de vehículos eléctricos.

Fuente: QuantumScape

En el acuerdo de 2024, PowerCo (departamento de baterías de Volkswagen) puede fabricar hasta 40 gigavatios‑hora al año de baterías para vehículos eléctricos, con la opción de expandir a 80 GWh al año. También permite a Volkswagen proporcionar hasta 5 GWh adicionales de capacidad de reserva que QuantumScape tiene cada año para clientes fuera del Grupo Volkswagen, así como el derecho a licenciar ciertas tecnologías futuras de QS.

En 2025, una batería QuantumScape se incorporó en una motocicleta eléctrica Ducati de alta gama. Ducati forma parte del grupo Volkswagen, junto con marcas automotrices como Audi, Bentley, CUPRA, Lamborghini, Porsche, SEAT y Škoda.

El diseño de batería de QuantumScape es extremadamente denso en energía, mucho más que los mejores diseños de iones de litio usados por Tesla (TSLA ), y se carga 2‑3 veces más rápido, resolviendo el lento tiempo de carga de los EV, un problema importante para muchos consumidores acostumbrados a los autos de combustible.

Fuente: QuantumScape

Con una corta línea de tiempo hacia la comercialización y una asociación consolidada con un grupo automotriz que vende millones de coches al año, QuantumScape está bien posicionada para convertirse en uno de los principales proveedores de baterías para fabricantes occidentales, compitiendo con fabricantes chinos de baterías como CATL o empresas relativamente nuevas como Donut Labs.

Ahora está aumentando la producción masiva de su batería, con la moto Ducati solo como demostración tecnológica, antes de que una nueva línea de EVs de Porsche, Audi y otras marcas de automóviles, reconstruidos con baterías QuantumScape, llegue al mercado.

(Puedes leer más sobre QuantumScape and its solid-state battery design en nuestro informe de inversión dedicado a la compañía y sobre Volkswagen y su estrategia EV en este otro informe dedicado.)

Últimas noticias y desarrollos de QuantumScape (QS)

Estudio Referenciado

^{1. Hymas, K., Muir, J.B., Tibben, D. et al. Potencia eléctrica superextensiva de una batería cuántica. Light Sciences & Applications 15, 168 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-026-02240-6}