Il calcolo quantistico aumenterà il livello di sviluppo delle batterie dei veicoli elettrici

Il Centro aerospaziale tedesco (DLR-National Aeronautics and Apace Research Center) e il Cambridge Quantum Computing (CQC) con sede nel Regno Unito stanno esplorando l’uso del calcolo quantistico per creare modelli avanzati di simulazione della batteria. Con l’uso di questo nuovo strumento di calcolo, è possibile incorporare prototipi di celle di batteria complete che migliorano le prestazioni del set e, alla fine, riducono la dipendenza da metalli scarsi come il litio.

A differenza del calcolo classico, basato sull’uso di bit che possono assumere solo il valore “zero” o “uno” in ciascuna iterazione, il calcolo quantistico si basa sull’uso di qubit, che possono avere entrambi gli stati contemporaneamente. Questa possibilità apre il campo alla creazione di nuovi algoritmi di calcolo molto più potenti che consentono di risolvere alcuni problemi che non possono essere affrontati con il calcolo classico.

Fino ad ora, il Centro aerospaziale tedesco (DLR) ha utilizzato la modellazione computerizzata classica per applicarla alla ricerca su diversi tipi di batterie, comprese quelle che utilizzano tecnologie agli ioni di litio. Ora DLR farà un ulteriore passo avanti, applicando il pieno potenziale del calcolo quantistico alla progettazione delle celle della batteria utilizzando gli algoritmi quantistici di Cambridge Quantum Computing (CQC).

DLR renderà le sue simulazioni su un computer quantistico IBM Q, il primo ad essere sviluppato per uso commerciale (nella foto di copertina) e che combina sia il calcolo quantistico che quello tradizionale. Grazie al framework di sviluppo software di CQC per la sua esecuzione su computer quantistici, sarà possibile risolvere sistemi parziali di equazioni differenziali che generano una simulazione unidimensionale di una cella di batteria agli ioni di litio.

Da questa cella verranno poste le basi per l’esplorazione di simulazioni di batterie multiscala attraverso il rendering di modelli 3D completi. Un approccio multiscala incorpora informazioni da diversi livelli del sistema (atomico, molecolare e macroscopico) risultando in una simulazione più gestibile e realistica. Potenzialmente, queste simulazioni dovrebbero accelerare la ricerca e lo sviluppo di batterie che possono essere utilizzate in un’ampia varietà di applicazioni reali basate sull’energia sostenibile.

Ricerca sulle batterie veicoli elettrici con strumenti quantistici

Nel caso dei veicoli elettrici, il miglioramento delle celle della batteria ha due risultati molto importanti a breve e medio termine. Con la maggior parte dei veicoli elettrici che richiedono una grande quantità di energia dalle reti elettriche, è essenziale controllare quando un veicolo ha bisogno di ricaricare la sua batteria e quando può offrire energia.

È un ruolo importante da svolgere in termini di stoccaggio di energia da fonti rinnovabili e di stabilizzazione della curva di domanda e offerta della rete elettrica. Inoltre, la ricerca sulle batterie con strumenti quantistici potrebbe ridurre la dipendenza dal litio, un metallo che causerà problemi nella catena di fornitura a causa della sua scarsità e dei problemi etici che la sua estrazione comporta.

Attualmente, ci sono già associazioni di aziende che stanno unendo i loro sforzi per migliorare le batterie utilizzando il calcolo quantistico. È il caso di IBM e Daimler, che nel gennaio 2020 hanno annunciato uno studio simile a quello presentato ora da DLR e CQC. Anche Samsung e Honeywell hanno presentato una strategia simile all’inizio di quest’anno.