Квантовые батареи могут хранить энергию в новом классе компактных и мощных устройств, которые могут повысить наше освоение возобновляемых источников энергии и значительно снизить нашу зависимость от ископаемого топлива. Международная группа ученых сделала важный шаг к тому, чтобы сделать эти батареи реальностью.
По заявлению университета Аделаиды, его команда с помощью серии лабораторных испытаний впервые успешно доказала важнейшую концепцию сверхпоглощения (суперабсорбции) – явления квантовой механики с потенциально огромными последствиями в области квантовых вычислений и хранения энергии. Сверхпоглощение, как и многие другие квантовые причуды, делает невозможное возможным благодаря тонким манипуляциям с молекулами на квантовом уровне.
«Сверхпоглощение – это квантовый коллективный эффект, при котором переходы между состояниями молекул конструктивно интерферируют», пояснил один из исследователей проекта доктор Джеймс К. Куах из университета Аделаиды. «Конструктивная интерференция возникает во всех видах волн (свет, звук, волны на воде), когда разные волны складываются, чтобы дать больший эффект, чем любая волна сама по себе. Важно то, что это позволяет объединенным молекулам поглощать свет более эффективно, чем если бы каждая молекула действовала по отдельности».
По сути, это означает, что чем больше молекул в вашем устройстве накопления квантовой энергии, тем эффективнее оно сможет поглощать энергию, а это означает более быстрое время зарядки.
Новые результаты могут привести к созданию больших систем хранения с невероятно быстрым временем зарядки, что позволит использовать новые приложения в области хранения возобновляемой энергии. «Квантовые батареи, которые используют квантово-механические принципы для расширения своих возможностей, требуют меньше времени для зарядки, чем больше они становятся», сказал доктор Куах. «Теоретически возможно, что зарядная мощность квантовых батарей увеличивается быстрее, чем размер батареи, что может открыть новые способы ускорения зарядки».
Команда, опубликовавшая результаты своих исследований в журнале Science Advances, использовала лазер для зарядки нескольких многослойных микрополостей разного размера, каждая из которых содержала различное количество органических молекул. «Активный слой микрополости содержит органические полупроводниковые материалы, которые хранят энергию. В основе сверхпоглощающего эффекта квантовых батарей лежит идея о том, что все молекулы действуют коллективно благодаря свойству, известному как квантовая суперпозиция», пояснил доктор Куах. «По мере увеличения размера микрополости и количества молекул время зарядки уменьшалось. Это значительный прорыв и важная веха в развитии квантовой батареи».
По словам группы исследователей, все это имеет решающее значение для разработки новых, более устойчивых форм хранения энергии. К 2040 году ожидается рост потребления энергии на 28% сравнительно с 2015 годом. С квантовой батареей компании, работающие с возобновляемыми источниками энергии, смогут одновременно собирать и хранить световую энергию, обеспечивая значительное снижение затрат, пояснила команда. Следующим и наиболее важным шагом для команды является разработка полностью функционирующего прототипа квантовой батареи, использующего феномен сверхпоглощения, для которого ученые уже предоставили доказательства в своих экспериментах по проверке концепции.
