Исследователи из Мельбурнского университета, Университета RMIT и австралийского научного агентства CSIRO представили первый в мире прототип квантовой батареи.
Главная фишка устройства ломает привычные законы физики: чем больше габариты батареи, тем быстрее она заряжается. В перспективе эта технология способна отправить на пенсию классические литий-ионные аккумуляторы.
Квантовая механика подарила нам суперпозицию и запутанность — явления, на которых строятся современные квантовые компьютеры. Но учёные уверены: эти парадоксальные свойства можно применять не только в вычислительной технике. Они открывают двери к совершенно новым инженерным решениям в энергетике.
Научный сотрудник CSIRO Джеймс Куач (James Quach) бьётся над концепцией квантовой батареи с 2018 года. Его первый прототип, показанный в 2022 году, умел только накапливать энергию — отдавать заряд устройство не могло. Новая версия решает эту проблему. Теперь батарея работает в обе стороны.
Читайте: 7 новых Твердотельных батарей – Как они увеличат запас хода Электромобилей
Как работает квантовая батарея
Внешне прототип — это многослойный органический микрорезонатор из материалов, улавливающих свет.
Заряжают по воздуху, используя лазерный луч. Чтобы доказать работоспособность схемы, команда задействовала сложнейшие методы спектроскопии. Ставка делалась на так называемое коллективное поведение.
Благодаря квантовым эффектам элементы внутри резонатора заряжаются не по очереди, а абсолютно синхронно. Возникает парадокс: чем больше ячеек в батарее, тем стремительнее она заполняется энергией.
Представьте устройство из множества элементов, каждый из которых заряжается ровно секунду. Если батарея состоит из N элементов и зарядка каждого элемента по отдельности занимает 1 секунду, то при подключении квантовая батарея, в которой все N элементов заряжаются коллективно, всё происходит за 1/√N секунд.
Проще говоря, удваивая размер батареи, мы сокращаем время её зарядки почти вдвое. Для классической химии аккумуляторов это немыслимо — там любая прибавка к ёмкости заставляет нас дольше сидеть у розетки.
От лаборатории до рынка
«Наш прототип доказывает главное: быстрая и масштабируемая зарядка при комнатной температуре реальна. Это фундамент для энергетики будущего», — подчёркивает Куач.
Однако праздновать революцию пока рано. Сейчас ёмкость прототипа крошечная — всего несколько миллиардов электронвольт. Этого не хватит даже на включение экрана смартфона. Хуже того, батарея способна удерживать накопленный заряд лишь на протяжении нескольких наносекунд.
Фундаментально работоспособность идеи доказана. Теперь перед командой стоит инженерная задача: увеличить габариты устройства и заставить его не терять энергию мгновенно.
В идеале инженеры хотят скрестить сумасшедшую скорость квантовой зарядки с плотностью хранения энергии, привычного литий-ионного элемента. Вполне вероятно, что первыми потребителями таких инноваций станут сами квантовые компьютеры.
«Я стремлюсь к будущему, где электромобиль будет заряжаться быстрее, чем заправляется машина с бензиновым двигателем. А беспроводная передача энергии на огромные расстояния станет нормой», — резюмирует Джеймс Куач.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU