Rewolucja kwantowa w magazynowaniu energii. Powstał pierwszy działający prototyp baterii kwantowej

Naukowcy z australijskiej agencji CSIRO oraz uniwersytetów RMIT i Melbourne stworzyli pierwszy w pełni funkcjonalny prototyp baterii kwantowej. Urządzenie wykorzystuje efekty kolektywne, które wywracają do góry nogami zasady klasycznej elektrochemii. Jaki płynie z tego najważniejszy wniosek? Im większa jest ta bateria, tym szybciej przebiega jej ładowanie.

Im większa bateria, tym szybsze ładowanie

W przeciwieństwie do współczesnych ogniw, które opierają się na reakcjach chemicznych, prototyp opracowany przez australijskich badaczy bazuje na kolektywnych efektach kwantowych (superpozycja i splątanie).

Najbardziej przełomowym wnioskiem z badań opublikowanych w prestiżowym czasopiśmie Light: Science and Applications jest potwierdzenie zjawiska tzw. super-ekstensywności mocy. W tradycyjnych akumulatorach czas ładowania rośnie wraz z ich pojemnością. W przypadku baterii kwantowej zależność ta jest odwrotna.

Dr James Quach, lider zespołu badawczego w CSIRO, wyjaśnia to na konkretnym modelu:

• Przyjmijmy, że bateria kwantowa posiada N jednostek magazynujących.
• Jeśli każda jednostka ładowałaby się oddzielnie, proces trwałby 1 sekundę.
• Dzięki efektom kwantowym, czas ładowania skraca się odwrotnie proporcjonalnie do pierwiastka kwadratowego z liczby jednostek magazynujących.

Tym samym wraz ze skalowaniem systemu do większych rozmiarów, prędkość transferu energii wzrasta w sposób skokowy. Ładowanie pojazdów elektrycznych może w przyszłości przebiegać w czasie krótszym niż tankowanie samochodu spalinowego.

Architektura prototypu i bezprzewodowe ładowanie

Inżynierowie z CSIRO skonstruowali prototyp wykorzystujący wielowarstwową organiczną mikrownękę. To urządzenie jest ładowane bezprzewodowo za pomocą lasera.

Jak podkreślają twórcy, najważniejsze osiągnięcia techniczne prototypu to:

• Stabilność w temperaturze pokojowej – badania wykazały możliwość szybkiego i skalowalnego ładowania bez konieczności stosowania ekstremalnie niskich temperatur (kriogeniki), co było dotychczas główną barierą w technologiach kwantowych.
• Retencja energii – dzięki zaawansowanej spektroskopii potwierdzono, że prototyp potrafi utrzymać zmagazynowaną energię przez czas o sześć rzędów wielkości dłuższy, niż trwał sam proces ładowania.

Wyzwania na drodze do komercjalizacji

Mimo obiecujących wyników, technologia stoi przed istotnymi barierami. Głównym wyzwaniem, nad którym obecnie pracują naukowcy, jest wydłużenie czasu przechowywania energii (retencji), aby bateria mogła konkurować z rozwiązaniami chemicznymi w codziennym użytkowaniu.

„Kolejnym krokiem jest przezwyciężenie problemu utraty energii w czasie. Jeśli uda nam się to osiągnąć, będziemy o krok od komercyjnie opłacalnych baterii kwantowych” – zaznacza dr Quach. CSIRO ogłosiło już gotowość do współpracy z partnerami przemysłowymi w celu dalszego rozwoju tego projektu.