Batterier, der er bygget på kvanteprincipper, kunne tilbyde hurtig opladning og afladning – og teknologien er måske bare flyttet lidt tættere på den virkelige verden
Kvantebatterier kunne oplade meget hurtigere end standardenheder
Et eksperimentelt, men fuldt fungerende kvantebatterisystem kan have hjulpet med at skubbe teknologien et lille skridt tættere på applikationer i den virkelige verden. Kvanteenhederne kan oplade og udlades lidt som standardbatterier, men processen bliver hurtigere, når du gør kvantebatteriet større.
Batterier, der fungerer ved at udnytte kvanteeffekter i stedet for kemiske reaktioner, kendt som kvantebatterier, har mange teoretisk spændende egenskaber, såsom hurtig opladning og afladning. Men ingen har formået at opbygge et fungerende kvantebatterisystem – indtil nu.
”Intet forudgående arbejde havde vist et fuldt fungerende kvantebatteri, der kunne oplade, opbevare energi og decharge elektrisk strøm i en enkelt enhed. Vores enheder gør nøjagtigt dette, ”siger James Quach ved Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization i Australien.
Hans teams batteri er en lagdelt enhed, der indeholder en mikrokavitet – et lille tomt rum – omgivet af spejle, elektroder og flere andre materialer. Denne mikrokavitet er fyldt med molekyler fremstillet af kobber, kulstof, brint og nitrogen. For at oplade batteriet oplyste forskerne det med laserlys. Dette gjorde molekylerne mere energiske, hvilket betyder, at de lagrede noget af energien fra lyset.
Da mikrokaviteten spejles, fanges laserlyset der. Derfor bliver kvantetilstandene i dette lys og molekylerne sammenfiltrede eller uløseligt korreleret på en måde, der ikke har noget modstykke i traditionelle batterier. Quach siger, at denne sammenfiltring ændrer, hvordan energi overfører fra lyset til molekylerne på en sådan måde, at versioner af deres batteri, der indeholder flere molekyler, lades hurtigere end dem med færre.
Batteriets opladningstid var omtrent omvendt proportional med kvadratroten af antallet af molekyler – hvilket betyder, at hvis et batteri indeholdt 10.000 molekyler opladet på 1 sekund, ville et batteri indeholdende en million molekyler opkræve på kun 0,1 sekunder. Forskerne testede batteristørrelser, der spænder fra 280 til 790 billioner molekyler med opladningstider så korte som milliondel på en milliard. Den samme tendens var tilfældet med batteriets afladningstid.
At få kvantebatteriet til at fungere, når du bruger så mange molekyler, er imponerende, siger Felix Binder på Trinity College Dublin. ”De viser en (kvante) effekt, og at de kan bruge den stabilt med en stor enhed,” siger han. Det er dog stadig ukendt nøjagtigt, hvordan det nye batteri kunne bruges på en teknologisk meningsfuld måde, fordi det endnu ikke er klart, hvor meget energi det kunne gemme, og hvordan det ville interface med andre enheder.
Efter Quachs opfattelse er der mange områder, hvor kvantebatterier kan være revolutionerende på grund af deres hurtige opladning og afladning, såsom bærbar elektronik og opbevaring af vedvarende energi, og hans team arbejder mod disse applikationer. De to udfordringer på deres dagsorden øger nu den mængde energi, som batteriet har og oplader det med sollys i stedet for laserlys, siger han.