Przełom w badaniach nad bateriami kwantowymi

Zespół naukowców z Royal Melbourne Institute of Technology oraz australijskiej organizacji badawczej CSIRO dokonał znaczącego przełomu w rozwoju tzw. kwantowych baterii. Dzięki opracowaniu nowej architektury urządzenia, badaczom udało się wydłużyć czas przechowywania energii nawet tysiąckrotnie, bez utraty ich unikalnych właściwości szybkiego ładowania.

Kwantowe baterie – przyszłość magazynowania energii

Kwantowe baterie opierają się nie na reakcjach chemicznych, lecz na zjawiskach mechaniki kwantowej. Szczególnym zainteresowaniem badaczy cieszy się tzw. efekt superabsorpcji pozwalający na błyskawiczne ładowanie urządzeń. Jednak ta sama właściwość prowadziła dotąd do szybkiego rozładowania (tzw. Superradiancji), ograniczając praktyczne zastosowanie technologii.

Nowe badania opublikowane w prestiżowym czasopiśmie „PRX Energy”, proponują innowacyjne rozwiązanie tego problemu: zastosowanie molekularnych stanów tripletowych, które w przeciwieństwie do dotychczas wykorzystywanych jasnych stanów singletowych, nie emitują światła („ciemne stany”).

Mikrokawitacje i rezonans polaritonowy

Zespół zbudował pięć eksperymentalnych prototypów opartych na strukturze wielowarstwowej mikrokawitacji. Urządzenie zawierało warstwę donora (barwnika Rhodamine 6G) odpowiedzialną za absorpcję światła oraz warstwę akceptora (cząsteczkę PdTPP*), która przechowuje energię w stanie tripletowym.

Mechanizm przenoszenia energii opierał się na zjawisku rezonansu polariton-triplet, umożliwiając skuteczne przekazywanie energii do długowiecznych stanów molekularnych. Mimo, że obecna wersja baterii funkcjonuje optycznie, naukowcy podkreślają, że projektowanie wersji zdolnej do oddawania energii w postaci prądu elektrycznego jest w zasięgu kolejnych badań.

„Choć nasz wkład dotyczy zaledwie jednego elementu układanki, już teraz nasze urządzenie przechowuje energię znacznie skuteczniej niż wcześniejsze modele” – podkreślił współautor pracy, doktorant RMIT, Daniel Tibben.

Profesor Daniel Gómez z RMIT, współautor publikacji, zaznacza, że badania stanowią krok milowy w stronę praktycznego zastosowania baterii kwantowych. „Wciąż jesteśmy daleko od pełnoprawnego urządzenia konsumenckiego, ale nasz eksperyment otwiera drogę do budowy kolejnych, bardziej wydajnych wersji” – powiedział.

Z kolei dr James Quach z CSIRO, jeden z pionierów eksperymentalnych badań nad bateriami kwantowymi w Australii, zauważył, że kraj ten pozostaje światowym liderem w tej dziedzinie.

Potencjalne zastosowania i dalsze kroki

Choć żywotność wydłużona do mikrosekund może wydawać się niewielka w skali codziennych urządzeń, w świecie fizyki kwantowej stanowi ogromny postęp i dowód wykonalności koncepcji. Technologia kwantowych baterii ma potencjał rewolucjonizowania systemów zasilania w mikroskali – od urządzeń medycznych po układy zasilające satelity czy komponenty komputerów kwantowych. W przyszłości może również przyczynić się do zwiększenia wydajności ogniw słonecznych.

Projekt został zrealizowany dzięki wsparciu Australian Research Council, Unii Europejskiej oraz RMIT University w ramach programu Vice-Chancellor’s Senior Research Fellowship.

Źródło: ess-news.com