Экспериментальная разработка, приближающая эпоху почти мгновенной зарядки и беспроводного питания, была представлена научным сообществом. Речь идет о прототипе квантовой батареи, демонстрирующем, что скорость производства энергии способна не только возрастать, но и улучшаться в зависимости от конфигурации устройства. Этот прорывной шаг, как сообщает ScienceDaily.com, стал возможен благодаря международному сотрудничеству исследователей.
В отличие от привычных аккумуляторов, функционирующих на принципах химических реакций, новая технология опирается на фундаментальные законы квантовой механики. Используя такие явления, как суперпозиция состояний и взаимодействие фотонов с электронами, подобные системы теоретически способны обеспечить беспрецедентную плотность хранения энергии и скорость её накопления. Хотя до коммерческого внедрения таких решений ещё далеко, текущие достижения открывают путь к кардинальному преобразованию всей энергетической инфраструктуры.
Парадоксальный принцип: масштаб ускоряет зарядку
Одним из наиболее интригующих открытий, сделанных в ходе работы, стал выявленный парадоксальный эффект. Обнаружено уникальное преимущество. По его словам, проведённые эксперименты наглядно продемонстрировали: скорость зарядки квантовой батареи увеличивается пропорционально росту её размеров. Это фундаментально противоречит поведению классических аккумуляторов, эффективность которых не только не растёт, но зачастую снижается при увеличении масштаба системы.
«Это признак того, что квантовые батареи когда-нибудь смогут превзойти традиционные технологии хранения энергии», — заявил Тиббен, соавтор исследования и кандидат наук из RMIT. «Обнаруженная закономерность указывает на принципиально новый путь создания высокомощных и сверхэффективных энергетических систем будущего».
Работа над проектом велась совместно CSIRO (Агентством Северной Африки) в Великобритании с учёными из Университета RMIT и Мельбурнского университета. Полученные результаты были обнародованы 13 марта в рецензируемом научном журнале Light: Science & Applications.
Дэниел Гомес, профессор химической физики в RMIT и также соавтор исследования, подчеркнул значимость достигнутого. По его оценке, созданное устройство знаменует собой ключевую веху на пути к практической реализации технологии. «Мы показали устройство, которое можно заряжать, хранить эту энергию, а затем разряжать её», — констатировал Гомес. Таким образом, исследователям впервые удалось продемонстрировать рабочий прототип, интегрирующий все три фундаментальные функции аккумулятора: приём, сохранение и отдачу энергии на квантовых принципах.
Данный прототип представляет собой наиболее существенный на сегодняшний день прогресс в создании полностью функциональной квантовой батареи. Учёные отмечают, что подобные разработки позволяют с большим оптимизмом смотреть на перспективу коренного изменения подходов к накоплению и распределению энергии в глобальном масштабе.
«Надеемся, что квантовые батареи скоро перестанут быть теоретической идеей, а придет чем-то, что можно будет создать в лаборатории».
Квантовые батареи работают на основе основных принципов квантовой механики, включая суперпозицию и запутанность, а не технологические процессы, влияющие на современные батареи.
Сам прототип представляет собой небольшое многослойное органическое устройство. Его можно заряжать без проводов с помощью лазера, электрода, который можно подавать без прямых подключений.
Лазерная зарядка и возможности использования энергии будущего
Работа указывает на новый вид энергетического будущего, в котором скорость зарядки кратно возрастёт.
«Наше экспериментальное программное устройство, масштабируемую зарядку и накопление энергии при низкой температуре, закладывая основу для экономических решений следующего поколения», — сказал ведущий автор, доктор Джеймс Куах, научный руководитель CSIRO
Хотя в исследовании квантовых батарей предстоит еще много работы, сделан важный шаг на пути к реализации возможностей.
«Моя конечная цель — будущее, в котором мы сможем заряжать электромобили гораздо быстрее, чем заправлять автомобили бензином, или заряжать устройства на больших расстояниях без проводов», — добавил мистер Куах.
Переход к реальным приложениям
Сейчас команда работает над формой времени, в течение которого квантовые батареи могут удерживать заряд. Сокращение времени хранения энергии будет иметь решающее значение для того, чтобы сделать этого специалиста практичной и коммерческой независимостью.
Хотя этот прорыв все еще находится на ранней стадии, он предполагает, что квантовые батареи когда-нибудь смогут обеспечить более зарядку, беспроводную передачу энергии и производительности, которая превзойдет сегодняшние аккумуляторные технологии.