Φορτίζει πιο γρήγορα καθώς μεγαλώνει λόγω ενός κβαντικού φαινομένου - Ερευνητές έχουν επιδείξει πειραματικά ότι η θεμελιώδης φυσική λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου (oilprice.com)
Το βασικό εύρημα είναι ότι μια κβαντική μπαταρία φορτίζει πιο γρήγορα, καθώς μεγαλώνει λόγω ενός κβαντικού φαινομένου που ονομάζεται υπερεκτατότητα το οποίο είναι αντίθετο με τη συμβατική φυσική των μπαταριών.
Οι ερευνητές έχουν επιδείξει (όπως αναφέρει το oilprice.com) τον πρώτο πλήρη κύκλο φόρτισης-αποθήκευσης-εκφόρτισης για μια κβαντική μπαταρία, αποδεικνύοντας πειραματικά ότι η θεμελιώδης φυσική λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου.
Όσο μεγαλύτερη γίνεται μια συμβατική μπαταρία, τόσο περισσότερο χρόνο χρειάζεται για να φορτίσει. Περισσότερη χωρητικότητα, περισσότερος χρόνος. Είναι ένας από αυτούς τους κανόνες τόσο διαισθητικούς που δεν μπαίνει ποτέ στον κόπο να τον αμφισβητήσετε.
Ο Δρ James Quach τον αμφισβήτησε.
Ο Quach ο οποίος ηγείται της έρευνας κβαντικής επιστήμης στο CSIRO (εθνική υπηρεσία επιστημών της Αυστραλίας), έχει περάσει χρόνια εργαζόμενος σε μια κατηγορία συσκευών αποθήκευσης ενέργειας που κάνουν κάτι που η μπαταρία του τηλεφώνου σας θα θεωρούσε αδύνατο.
Δημοσιεύτηκε αυτόν τον μήνα στο Light: Science & Applications με τον τίτλο «Υπερεκτεταμένη ηλεκτρική ισχύς από μια κβαντική μπαταρία», η εργασία αντιπροσωπεύει την πρώτη πλήρως λειτουργική απόδειξη της ιδέας που κάνει τον πλήρη κύκλο φόρτισης-αποθήκευσης-εκφόρτισης να λειτουργεί.
Έχει επίσης βαθμολογία Altmetric 567, έναν αριθμό τόσο υψηλό που τοποθετεί αυτήν την εργασία μεταξύ των πιο χιλιοειπωμένων επιστημονικών δημοσιεύσεων στον πλανήτη αυτή τη στιγμή.
Η ίδια η συσκευή είναι μικροσκοπική. Μια πολυστρωματική οργανική μικροκοιλότητα, περίπου στο μέγεθος μιας ανθρώπινης τρίχας σε διατομή, φορτισμένη ασύρματα από λέιζερ.
Με τη γλώσσα των μαθηματικών
Εδώ είναι το βασικό εύρημα, που αναφέρεται ξεκάθαρα.
Εάν μια κβαντική μπαταρία έχει N μονάδες αποθήκευσης και η καθεμία χρειάζεται ένα δευτερόλεπτο για να φορτιστεί μόνη της, η φόρτιση όλων των N μονάδων ταυτόχρονα διαρκεί μόνο 1/√N δευτερόλεπτα.
Διπλασιάστε τις μονάδες από 4 σε δ16 και ο χρόνος φόρτισης ανά μονάδα μειώνεται κατά το ήμισυ. Κλιμακώστε σε ένα εκατομμύριο μονάδες και φορτίζετε την καθεμία σε ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου. Τα μαθηματικά δεν είναι διαισθητικά. Η φυσική είναι πραγματική.
Αυτή η ιδιότητα, τεχνικά γνωστή ως υπερεκτατικότητα, όπου η απόκριση του συστήματος κλιμακώνεται υπεργραμμικά με το μέγεθός του, προέρχεται από συλλογικά κβαντικά φαινόμενα.
Όταν οι μονάδες αποθήκευσης αλληλεπιδρούν συλλογικά μέσω ισχυρής σύζευξης φωτός-ύλης, που προκαλείται από τη γεωμετρία της μικροκοιλότητας, σταματούν να συμπεριφέρονται ως ανεξάρτητες μονάδες και αρχίζουν να συμπεριφέρονται σαν ένα ενιαίο συνεκτικό σύστημα.
Το σύνολο γίνεται κάτι περισσότερο από το άθροισμα των μερών του.
Κβαντικό φαινόμενο που είναι αντίθετο με τη διαίσθηση
Το πιο σημαντικό είναι ότι η ομάδα Quach έδειξε ότι αυτό δεν είναι μόνο ορατό στη δυναμική φόρτισης, αλλά φαίνεται και στην ηλεκτρική έξοδο σταθερής κατάστασης, κάτι που το καθιστά πειραματικά σημαντικό και όχι θεωρητικό αξιοπερίεργο.
«Τα ευρήματά μας επιβεβαιώνουν ένα θεμελιώδες κβαντικό φαινόμενο που είναι εντελώς αντίθετο με τη διαίσθηση: οι κβαντικές μπαταρίες φορτίζουν πιο γρήγορα καθώς μεγαλώνουν. Οι σημερινές μπαταρίες δεν λειτουργούν έτσι», έγραψε ο Quach στο The Conversation.
Μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε
Προηγούμενη έρευνα για κβαντικές μπαταρίες κατέδειξε τη φόρτιση ή την υπερεκτατική συμπεριφορά μεμονωμένα. Αυτή είναι η πρώτη αρχιτεκτονική που ολοκληρώνει τον βρόχο, φορτίζοντας, αποθηκεύοντας και εκφορτίζοντας ηλεκτρικό ρεύμα, χρησιμοποιώντας ασύμφωνο φως χαμηλής έντασης.
Η ομάδα χρησιμοποίησε προηγμένη φασματοσκοπία για να επαληθεύσει τη συμπεριφορά φόρτισης, επιβεβαιώνοντας ότι η συσκευή διατήρησε την αποθηκευμένη ενέργεια για έξι τάξεις μεγέθους περισσότερο από ό,τι χρειάστηκε η ίδια η διαδικασία φόρτισης.
Έξι τάξεις μεγέθους ακούγονται εντυπωσιακά. Το πρόβλημα: η διαδικασία φόρτισης διαρκεί από φεμτοδευτερόλεπτα έως πικοδευτερόλεπτα. Αυτό σημαίνει ότι η αποθήκευση διαρκεί κάπου στην περιοχή των νανοδευτερολέπτων.
Το χάσμα μεταξύ εδώ και εκεί
Ένα νανοδευτερόλεπτο δεν είναι πολύς χρόνος για να διατηρηθεί ένα φορτίο. Είναι, για να το θέσω απλά, εντελώς άχρηστο για σχεδόν κάθε εφαρμογή που θα μπορούσατε να αναφέρετε.
Ηλεκτρικά οχήματα, αποθήκευση δικτύου, φορητά ηλεκτρονικά, κανένα από αυτά δεν λειτουργεί με πακέτα ενέργειας νανοδευτερολέπτων.
Το συγκεκριμένο κβαντικό φαινόμενο είναι πραγματικό, μετρήσιμο και πειραματικά αναπαραγώγιμο σε θερμοκρασία δωματίου. Τα υπόλοιπα, η ανθεκτικότητα, η κλίμακα, η εμπορική βιωσιμότητα, είναι μηχανική.
«Το επόμενο βήμα για τις κβαντικές μπαταρίες αυτή τη στιγμή είναι η επέκταση του χρόνου αποθήκευσης ενέργειας.
Αν μπορέσουμε να ξεπεράσουμε αυτό το εμπόδιο, θα είμαστε λίγο πιο κοντά σε εμπορικά βιώσιμες κβαντικές μπαταρίες», δήλωσε ο Quach.
Αυτή είναι η προσεκτική γλώσσα ενός επιστήμονα που καταλαβαίνει πόση απόσταση υπάρχει μεταξύ μιας απόδειξης της ιδέας και ενός προϊόντος.
Γιατί έχει σημασία ακόμα και τώρα
Η βραχυπρόθεσμη εφαρμογή που έχει το μεγαλύτερο φυσικό νόημα είναι η κβαντική υπολογιστική.
Οι κβαντικοί επεξεργαστές λειτουργούν σε κρυογονικές θερμοκρασίες και απαιτούν παροχή ενέργειας που είναι ακριβής, γρήγορη και ελεγχόμενη.
Η αποθήκευση νανοδευτερολέπτων είναι στην πραγματικότητα μια καλή περίπτωση χρήσης.
Εάν οι κβαντικές μπαταρίες μπορούν να παρέχουν τις γρήγορες, συνεκτικές εκρήξεις ενέργειας που χρειάζονται τα κβαντικά κυκλώματα, πιο αποτελεσματικά από τις τρέχουσες προσεγγίσεις, αυτή είναι μια πραγματική αγορά, ακόμα κι αν δεν είναι αυτή για την οποία γράφεται στα περιοδικά αυτοκινήτων.
Περαιτέρω: ασύρματη μεταφορά ενέργειας. Η δηλωμένη φιλοδοξία του Quach περιλαμβάνει τη φόρτιση συσκευών σε μεγάλες αποστάσεις ή οχημάτων εν κινήσει.
Ο ισχυρός μηχανισμός σύζευξης φωτός-ύλης που οδηγεί το κβαντικό πλεονέκτημα είναι, εκ φύσεως, συμβατός με την παροχή φωτονικής ενέργειας, φως μέσα, ηλεκτρικό ρεύμα έξω.
Αυτό δεν είναι πρόβλημα καλωδίωσης.
Το πλεονέκτημα απόδοσης σε χαμηλά επίπεδα φωτισμού, που αναφέρεται συγκεκριμένα στην εργασία, υποδηλώνει κάτι δυνητικά χρήσιμο για εφαρμογές ανίχνευσης χαμηλής ισχύος ή δορυφορικές εφαρμογές όπου το ηλιακό φως είναι αραιό και κάθε φωτόνιο μετράει.
Προς το παρόν το αποτέλεσμα στο Light: Science & Applications είναι μια κομψή, αναπαραγώγιμη επίδειξη σε θερμοκρασία δωματίου ότι η κβαντομηχανική μπορεί να κατασκευαστεί για να κάνει κάτι που η συμβατική χημεία δεν μπορεί.
Η μπαταρία που φορτίζει πιο γρήγορα, όσο μεγαλύτερη γίνεται, είναι πραγματική.
Αυτό που χρειάζεται ακόμα είναι χρόνος.
www.worldenergynews.gr
