W ostatnich latach naukowcy pracują nad alternatywnymi systemami magazynowania energii, które wykorzystują zasady mechaniki kwantowej. Te systemy, zwane bateriami kwantowymi, mogą okazać się bardziej efektywne i kompaktowe niż tradycyjne technologie akumulatorów, a dodatkowo oferować szybsze czasy ładowania.
Czytaj też: Bateria i źródło energii z diamentu? Pierwsze takie urządzenie na świecie imponuje żywotnością
W niedawno opublikowanej pracy w czasopiśmie Physical Review Letters, zespół badawczy z Università di Genova zaprezentował nowy typ baterii kwantowej, oparty na spinie cząsteczek. Co więcej, ogniwo to jest ładowana w unikalny sposób, bez potrzeby stosowania zewnętrznego pola magnetycznego, co stanowi istotną przewagę w porównaniu do tradycyjnych metod uzupełniania energii.
Bateria kwantowa zmieni sposób magazynowania energii
Bateria kwantowa to nowatorskie urządzenie do przechowywania energii, które wykorzystuje zjawiska kwantowe, a konkretnie spin cząsteczek, do magazynowania energii. W przeciwieństwie do tradycyjnych ogniw (np. litowo-jonowych), które polegają na procesach elektrochemicznych, bateria kwantowa używa spinów cząsteczek – wewnętrznych momentów magnetycznych, które mogą przyjmować dwa stany: “górny” i “dolny”. Spiny mogą być wykorzystywane do przechowywania energii w sposób bardziej efektywny niż konwencjonalne metody.
Czytaj też: Chińscy naukowcy stworzyli baterię marzeń. Niezwykły akumulator pokonuje prawa fizyki
Zaletą baterii kwantowych jest ich zdolność do szybkiego ładowania oraz przechowywania energii bez konieczności korzystania z zewnętrznych pól magnetycznych. Badania nad tymi technologiami są wciąż w fazie eksperymentalnej, ale mają potencjał, by zrewolucjonizować sposób przechowywania energii, zwłaszcza w kontekście odnawialnych źródeł energii, które cierpią na niestabilność produkcji energii.
Dr Dario Ferraro z Università di Genova mówi:
Nasza bateria kwantowa działa poprzez interkalację dwóch zbiorów 1/2-spinów, które są najprostszymi możliwymi układami kwantowymi. Poprzez dostosowanie interakcji między elementami dwóch łańcuchów, np. poprzez przesunięcie jednego względem drugiego, energia może zostać uwięziona w baterii kwantowej w sposób stabilny. Opracowany protokół oferuje kilka zalet w porównaniu z istniejącymi projektami spinowych baterii kwantowych.
Zespół przetestował nowy projekt spinowej baterii kwantowej i protokół ładowania w serii wstępnych eksperymentów. Wyniki były bardzo obiecujące, pokazując solidność proponowanej metody ładowania, która nie wymaga precyzyjnej dokładności, aby manipulować baterią w czasie rzeczywistym.
Badanie to może doprowadzić do opracowania bardziej wydajnych i stabilnych baterii kwantowych ze stałym elektrolitem. Opierając się na swojej poprzedniej pracy, zespół bada obecnie, w jaki sposób czynniki, takie jak temperatura i oddziaływania dalekiego zasięgu wpływają na proces ładowania różnych ogniw kwantowych. Ich głównym celem jest stworzenie ogólnych ram, które mogą ocenić przydatność różnych systemów do wykorzystania jako baterie kwantowe.
Teoretycznie, baterie kwantowe mogą oferować wyższą efektywność i szybsze ładowanie w porównaniu do tradycyjnych akumulatorów, ale przed ich komercjalizacją konieczne będzie rozwiązanie kilku trudności technologicznych, takich jak kontrola stabilności spinów cząsteczek w różnych warunkach.