Primeiro Protótipo de Bateria Quântica Cria Nova Forma de Armazenamento de Energia

Quando se trata de armazenar energia, os principais métodos são bastante consistentes. O mais comum é na forma de aproveitar uma reação química, geralmente usando um elemento muito eletroativo, como o lítio, que armazena a energia elétrica movendo elétrons de um metal para um íon e vice‑versa.

Outra forma de armazenar energia são os ultracapacitores, que armazenam a carga elétrica diretamente na superfície de um material como o grafeno. Por fim, a energia pode ser armazenada na forma de calor ou movimento, como em baterias térmicas e volantes de inércia.

No entanto, parece que um novo método acabou de ser acrescentado às formas potenciais de armazenamento de energia por pesquisadores australianos da Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), da Universidade RMIT e da Universidade de Melbourne.

Eles revelaram um protótipo inicial de uma “bateria quântica”, que utiliza efeitos quânticos em vez de carga elétrica, reação química ou calor e movimento para armazenar energia. Eles detalharam suas descobertas em um artigo científico publicado na prestigiosa revista Light Sciences & Applications¹, sob o título “Superextensive electrical power from a quantum battery”.

O que é uma Bateria Quântica?

Em vez de química e/ou carga elétrica, as baterias quânticas utilizam os princípios bastante contra‑intuitivos da mecânica quântica, incluindo superposição e entrelaçamento.

Entrelaçamento é um fenômeno onde duas ou mais partículas se tornam tão profundamente ligadas que compartilham um único estado quântico, independentemente da distância que as separa.

Até agora, essa ideia foi amplamente explorada na teoria, mas com muito poucos experimentos práticos testando o conceito no mundo real.

A ideia principal do protótipo desenvolvido pelos pesquisadores é um sistema chamado microcavidade, que pode aprisionar luz e então convertê‑la em eletricidade. Neste caso, os pesquisadores usaram cavidades de Fabry‑Pérot, um “sanduíche” onde a luz reflete entre dois espelhos paralelos, já considerado para muitas aplicações, como a construção de novos tipos de sensores.

Fonte: Applied Physics B

Outro conceito chave é a superabsorção de energia da luz, o fenômeno oposto à superradiação. Superabsorção é um fenômeno quântico‑mecânico onde um grupo de átomos ou moléculas absorve luz coletivamente a uma taxa mais rápida do que a soma de suas taxas de absorção individuais.

Portanto, ao invés de somar como ocorre com materiais normais, a capacidade de absorção aumenta exponencialmente.

Como resultado, uma coleção de partículas pode teoricamente absorver luz até 10 vezes mais rápido do que partículas independentes, oferecendo potencial para transferência de energia extremamente rápida. O que seria, claro, muito útil para um sistema de bateria.

Na prática, a superabsorção é difícil de manter em configurações práticas, pois sistemas naturais tendem a favorecer a emissão de luz em vez da absorção.

Primeiro Protótipo de uma Bateria Quântica

Os pesquisadores usaram um design chamado microcavidade multicamadas, utilizando ftalocianina de cobre (CuPc), um pigmento sintético azul brilhante comumente usado como semicondutor orgânico em OLEDs e células solares.

Fonte: Light Sciences & Applications

Isso cria um forte acoplamento luz‑matéria, ou a interação entre a luz e uma corrente elétrica gerada.

“Ao carregar, a energia é rapidamente transferida para um estado triplete metastável no CuPc, cuja população persiste por seis ordens de magnitude mais tempo que o pulso do laser de carregamento. A extração elétrica é facilitada por camadas de transporte de carga que introduzem tanto um gradiente de energia, que favorece a separação e o transporte de carga.”

Importante, esse design cria uma saída de potência elétrica que escala superextensivamente (superabsorção + superradiação) com a capacidade da bateria. Portanto, quanto mais desse material estiver presente de uma vez, mais rápida será a descarga elétrica.

“Nossas descobertas confirmam um efeito quântico fundamental que é completamente contra‑intuitivo: baterias quânticas carregam mais rápido à medida que ficam maiores. As baterias atuais não funcionam assim.”Research lead James Quach.

Resultados da Primeira Bateria Quântica

O protótipo demonstrou a primeira observação experimental de potência de descarga elétrica em estado estacionário superextensiva, um fenômeno não previsto pela teoria quântica, mas com evidente aplicação potencial em baterias quânticas.

Mais precisamente, usando métodos de espectroscopia ultrarrápida, eles mediram o comportamento de carregamento da bateria. Descobriram que a bateria quântica manteve a energia armazenada por seis ordens de magnitude (seis zeros) mais tempo do que levou para carregá‑la.

“Demonstramos um dispositivo que pode ser carregado, armazenar essa energia e então descarregá‑la. Este é um desenvolvimento empolgante em um campo interdisciplinar que cresce rapidamente. Esperamos que as baterias quânticas em breve deixem de ser apenas uma ideia teórica e se tornem algo que possa ser construído no laboratório.”Daniel Gómez – RMIT Professor of Chemical Physics.

Eles também demonstraram que as microcavidades podem ser carregadas tanto com luz coerente (lasers) quanto com luz “normal”, tornando‑as flexíveis o suficiente para aplicações práticas além de baterias potenciais.

Rumo a Baterias Quânticas Práticas

Estabilizando a Energia Armazenada

Até agora, uma microcavidade na experiência pode manter a energia estável apenas por 50 nanosegundos, quase insuficiente para qualquer aplicação prática em armazenamento de energia.

No entanto, isso está na direção certa, pois representa três ordens de magnitude mais tempo que o estado da arte equivalente em baterias quânticas de microcavidade operando à temperatura ambiente. E um sistema maior provavelmente terá um período de retenção de energia muito mais longo, mesmo sem um design aprimorado.

A extração de energia foi testada, os dispositivos exibiram densidades de potência de descarga máximas razoáveis entre 10‑40 microwatt/cm², um resultado bastante honroso quando comparado a micro‑supercapacitores de alto desempenho, que por sua vez podem apresentar 30‑175 microwatt/cm².

Além disso, esse desempenho foi alcançado à temperatura ambiente sob condições normais, uma situação rara para fenômenos quânticos que frequentemente requerem temperaturas ultrafrias ou alta pressão, como a supercondutividade, por exemplo.

Como este protótipo demonstra um caminho escalável para grande capacidade de armazenamento de energia, ele representa um sólido primeiro passo rumo a baterias quânticas utilizáveis.

Os Próximos Passos

A próxima coisa a melhorar será escalar o design e medir quanto a superabsorção aumenta o desempenho na prática com mais microcavidades no mesmo dispositivo.

Outro passo chave será tentar melhorar radicalmente a duração do armazenamento de energia. Dispositivos maiores, temperaturas mais baixas ou uma estrutura de rede especial podem ajudar.

“Embora ainda haja muito trabalho a ser feito na pesquisa de baterias quânticas, demos um passo importante rumo à realização das possibilidades. O próximo passo para as baterias quânticas agora é estender seu tempo de armazenamento de energia. Se conseguirmos superar esse obstáculo, estaremos um pouco mais próximos de baterias quânticas comercialmente viáveis.”Research lead James Quach.

A longo prazo, tal bateria poderia superar baterias químicas, ou pelo menos supercapacitores, que são cada vez mais usados em conjunto com baterias químicas em máquinas pesadas, caminhões elétricos, etc.

Elas também poderiam potencialmente ser um relé/buffer sólido para carregar uma bateria padrão mais rapidamente, ou formar a base de novos painéis solares mais eficientes.

“Minha ambição final é um futuro onde possamos carregar carros elétricos muito mais rápido do que carros a gasolina, ou carregar dispositivos a longas distâncias sem fio.”Research lead James Quach.

O fenômeno revelado por este protótipo poderia ser utilizável além das baterias quânticas. Por exemplo, poderia ser usado para criar novos tipos de dispositivos de luz‑para‑energia, incluindo sistemas fotovoltaicos.

Investindo em Baterias Quânticas

QuantumScape

Como este protótipo de bateria quântica é o primeiro de seu tipo, ainda não há uma forma direta de investir neste conceito. Mas o progresso na tecnologia de baterias é rápido, e a transição completa de veículos a combustíveis para veículos elétricos está cada vez mais provável em um curto prazo, já que os EVs em breve terão mais potência, maior autonomia e se tornarão mais baratos de operar. E isso foi antes de um grande choque nos preços do petróleo surgir no horizonte devido à guerra com o Irã.

Uma parte fundamental dessa evolução são as baterias de estado sólido, um tipo de design que elimina o eletrólito normalmente usado em baterias de íon‑lítio, tornando a bateria muito mais densa e segura.

Uma empresa líder no campo é a QuantumScape (QS ), fundada em 2010 e em profunda parceria com o Grupo Volkswagen para ajudar a segunda maior montadora do mundo a alcançar a tecnologia de veículos elétricos.

Fonte: QuantumScape

Sob o acordo de 2024, a PowerCo (departamento de baterias da Volkswagen) pode fabricar até 40 gigawatts‑hora por ano de baterias para veículos elétricos, com a opção de expandir para 80 GWh por ano. Também permite que a Volkswagen forneça até 5 GWh extras de capacidade ociosa que a QuantumScape tem a cada ano para clientes além do Grupo Volkswagen, bem como o direito de licenciar certas tecnologias futuras da QS.

Em 2025, uma bateria QuantumScape foi incorporada em uma motocicleta elétrica de alta performance da Ducati. A Ducati faz parte do grupo Volkswagen, junto com marcas automotivas como Audi, Bentley, CUPRA, Lamborghini, Porsche, SEAT e Škoda.

O design da bateria da QuantumScape é extremamente denso em energia, muito superior aos melhores designs de íon‑lítio usados pela Tesla (TSLA ), e carrega 2‑3 vezes mais rápido, resolvendo o tempo de carregamento lento dos EVs, um grande problema para muitos consumidores acostumados a carros a combustível.

Fonte: QuantumScape

Com um curto prazo para comercialização e uma parceria consolidada com um grupo automotivo que vende milhões de carros por ano, a QuantumScape está bem posicionada para se tornar um dos principais fornecedores de baterias para fabricantes ocidentais, com a concorrência sendo fabricantes chineses de baterias como a CATL ou empresas relativamente novas como a Donut Labs.

Agora está aumentando a produção em massa de sua bateria, com a motocicleta Ducati sendo apenas a demonstração tecnológica, antes que uma nova linha de EVs da Porsche, Audi e outras marcas de carros, reconstruídos com baterias QuantumScape, chegue ao mercado.

(Você pode ler mais sobre QuantumScape e seu design de bateria de estado sólido em nosso relatório de investimento dedicado à empresa e sobre Volkswagen e sua estratégia de veículos elétricos em este outro relatório dedicado.)

Últimas Notícias e Desenvolvimentos da QuantumScape (QS)

Estudo Referenciado

^{1. Hymas, K., Muir, J.B., Tibben, D. et al. Superextensive electrical power from a quantum battery. Light Sciences & Applications 15, 168 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-026-02240-6}