Australijscy badacze stworzyli pierwszy działający prototyp baterii kwantowej, co stanowi znaczący krok w kierunku potencjalnej rewolucji w magazynowaniu energii. W przeciwieństwie do tradycyjnych akumulatorów, w przypadku których czas ładowania wydłuża się wraz ze wzrostem pojemności, baterie kwantowe wykazują sprzeczną z intuicją właściwość ładowania szybszego wraz ze wzrostem ich rozmiaru. To przełomowe odkrycie, opisane w czasopiśmie Light: Science & Applications, potwierdza wykonalność technologii, o której po raz pierwszy wspomniano w 2013 roku.
Obietnica wydajności kwantowej
Baterie kwantowe opierają się na mechanice kwantowej. W szczególności zjawisko zwane „efektami zbiorowymi” umożliwia szybsze ładowanie wielu ogniw kwantowych podczas wspólnej pracy. W przypadku standardowego akumulatora litowo-jonowego podwojenie jego rozmiaru prawie dwukrotnie wydłuża czas ładowania. Natomiast zwiększenie skali baterii kwantowej powinno proporcjonalnie skrócić czas ładowania.
Obecny prototyp, ładowany bezprzewodowo za pomocą lasera, przechodzi pełne cykle ładowania i rozładowania. Dr James Quach, główny badacz w CSIRO, wyjaśnia, że chociaż czas przechowywania prototypu mierzony jest obecnie w nanosekundach, potencjał teoretyczny jest ogromny: „W przypadku akumulatora ładującego się w ciągu jednej minuty sześć rzędów wielkości oznaczałoby, że pozostanie naładowany przez kilka lat”.
Aktualne ograniczenia i przyszłe zastosowania
Pomimo tego postępu pojemność energetyczna prototypu pozostaje minimalna. Zmierzona pojemność prądu wynosi zaledwie kilka miliardów elektronowoltów – jest to zbyt mała wartość, aby zasilać prawdziwe urządzenia. Bezpośrednim wyzwaniem jest wydłużenie czasu przechowywania poza obecny zakres nanosekund.
Konsekwencje są jednak ogromne. W pełni funkcjonalne akumulatory kwantowe mogłyby znacznie przyspieszyć czas ładowania pojazdów elektrycznych, potencjalnie umożliwiając bezprzewodowe ładowanie w drodze za pomocą dronów lub infrastruktury przydrożnej. Mówiąc dokładniej, technologia ta prawdopodobnie przyniesie korzyści komputerom kwantowym, które wymagają spójnego dostaw energii przy minimalnych stratach.
„Pierwszym miejscem, w którym będzie to miało wpływ, będą komputery kwantowe” – mówi profesor Andrew White z Uniwersytetu w Queensland, który nie był zaangażowany w badania.
Działający prototyp, ale nie natychmiastowe masowe przyjęcie
Chociaż do powszechnego użytku konsumenckiego potrzeba jeszcze kilku lat, prototyp ten ugruntowuje pozycję baterii kwantowych jako coś więcej niż tylko koncepcję teoretyczną. Zadanie polega teraz na skalowaniu pojemności energetycznej i wydłużeniu czasu przechowywania. Jak podsumowuje dr Quach: „Następną rzeczą, którą musimy zrobić, to… wydłużyć czas przechowywania”.
Sukces tego prototypu toruje drogę do dalszych badań w dziedzinie materiałoznawstwa, systemów ładowania laserowego i optymalizacji ogniw kwantowych. Baterie kwantowe być może nie zastąpią z dnia na dzień tradycyjnych źródeł zasilania, ale stanowią zasadniczą zmianę w podejściu do magazynowania energii.
