Energiu dnes uskladňujeme mnohými spôsobmi, ekologickými i neekologickými. Čoraz viac však kladieme dôraz na tie ekologickejšie formy, nakoľko globálna klíma dosahuje stále vyšších teplôt. Zaradiť medzi ne možno napríklad batérie, ktoré síce existujú v mnohých podobách, no všetky majú jednu vec spoločnú – sú vyčerpateľné. V budúcnosti však môže vzniknúť riešenie, ktoré dramaticky zamieša karty.
Kapitoly článku:
Ako píše portál Cosmos Magazine, týmto riešením majú byť kvantové batérie. Futuristická technológia v porovnaní s tradičnými batériami sľubuje oveľa rýchlejšie nabíjanie, lepšiu účinnosť, ako aj dlhšiu životnosť.
Čínskym a japonským vedcom sa podarilo odhaliť jav, ktorý by časom mohol vyústiť do vzniku kvantových batérií určených pre smartfóny alebo solárne panely.
Kvantové batérie: Kontrast s tradičnou fyzikou
„Súčasné batérie pre zariadenia s nízkou spotrebou, ako sú smartfóny alebo senzory, zvyčajne používajú na uskladnenie energie chemické látky, napríklad lítium, zatiaľ čo kvantová batéria využíva mikroskopické častice, ako sú polia atómov,“ vysvetľuje Yuanbo Chen, postgraduálny študent Tokijskej univerzity a autor článku opisujúceho výskum, ktorý bol publikovaný vo vedeckom magazíne Physical Review Letters.
Prečítajte si tiež:
- Odpad, alebo skrytý poklad? Niektoré staršie telefóny sa aj dnes predávajú za stovky eur
- Prečo niektoré smartfóny obsahujú predinštalované aplikácie?
- Tu radšej netankujte: Inšpekcia odhalila 5 čerpacích staníc s nevyhovujúcim palivom
„Zatiaľ čo chemické batérie sa riadia klasickými fyzikálnymi zákonmi, mikroskopické častice majú kvantovú povahu, takže máme šancu preskúmať spôsoby ich využitia, ktoré ohýbajú alebo dokonca porušujú naše intuitívne predstavy o tom, čo sa odohráva v mikroskopických mierkach. Osobitne ma zaujíma spôsob, akým môžu kvantové častice pôsobiť na porušenie jednej z našich najzákladnejších skúseností, a to skúsenosti s časom,“ dodáva.
Jedným z najviac kurióznych aspektov kvantovej batérie je jej nabíjanie. Experimentálny prístroj, ktorý funguje ako kvantová batéria, preukázal nevídané nabíjacie vlastnosti. Chen a jeho kolegovia na nabíjanie využili lasery, šošovky aj zrkadlá. Využili pritom kvantový efektv známy ako „neurčitý kauzálny poriadok“ (ICO).
ICO pracuje s myšlienkou že kauzalita môže v kvantovej sfére plynúť nie jednosmerne, ale oboma smermi. V klasickom meradle platí, že udalosť nemôže spôsobiť jav, ktorý jej prechádzal. V kvantovom meradle to však možné je. Je možné, aby sa dve udalosti spôsobili navzájom – ísť má o vedľajší produkt kvantovej superpozície.
Prirodzená logika nám hovorí, že čím silnejšiu nabíjačku použijeme, tým silnejší náboj batéria získa. V prípade ICO je to naopak – umožňuje vznik silnejšieho náboja pri použití podstatne slabšieho výkonu.
„S ICO sme ukázalo, že spôsob nabíjania batérie zloženej z kvantových častíc môže drasticky ovplyvniť jej výkon. Zaznamenali sme obrovský nárast energie uloženej v systéme aj tepelnej účinnosti,“ hovorí Chen. „A trochu kontraintuitívne sme objavili prekvapivý účinok interakcie, ktorá je opačná, než by ste mohli očakávať: Nabíjačka s nižším výkonom by mohla poskytnúť vyššiu energiu s vyššou účinnosťou ako nabíjačka s porovnateľne vyšším výkonom.“
Superpozícia a superabsorpcia
Vyššie bolo spomenuté slovo „superpozícia“. No čo presne to znamená? Ako informuje SMARTmania.cz, v kvantovej mechanike sa tento termín používa ako označenie stavu častice, ktorý je lineárnou kombináciou dvoch alebo viacerých stavov. Inými slovami možno superpozíciu označiť za stav, kedy sa častica nachádza v niekoľkých rôznych stavoch súčasne.
Superpozícia figuruje ako jeden zo základných konceptov kvantovej mechaniky a zároveň odlišujúcim faktorom oproti tradičnej fyzike, podľa ktorej dokáže častica existovať iba v jednom konkrétnom stave.
„Predstavme si, že máme malé čarovné vrecko, v ktorom je jediný predmet. Tento predmet môže mať jednu z dvoch farieb: čiernu, alebo zelenú. Keď máme vrecko zavreté a nedívame sa doň, nevieme, akú farbu má náš predmet. V tejto chvíli môžeme konštatovať, že predmet je v superpozícii červeného a zeleného stavu,“ uvádza ako praktický príklad superpozície Josef Novák zo SMARTmania.cz.
Je tu však ešte jeden kvantový jav, ktorý možno označiť za kľúčový, a to superabsorpcia. V tomto prípade ide o jav, pri ktorom môže kvantový systém absorbovať energiu omnoho efektívnejšie v porovnaní so štandardným systémom. Konkrétne v prípade kvantových batérií predstavuje superabsorpcia cestu k rýchlejšiemu a efektívnejšiemu nabíjaniu.
Kvantové batérie na ukladanie energie využívajú kvantové systémy, ktoré dokážu absorbovať energiu v určitých vlnových dĺžkach alebo frekvenciách. Kvantový bod si môžeme predstaviť ako štruktúru, v ktorej je skryté elektrón. Ten môže obsahovať energiu vo forme fotónu, ak má správnu vlnovú dĺžku alebo frekvenciu. V prípade, že je kvantový systém v superponovanom stave, znamená to, že môže absorbovať energiu v širšom rozsahu vlnových dĺžok alebo frekvencií. Kvantové batérie tak môžu byť schopné čerpať energiu zo širokej diaspóry zdrojov.
Očakáva sa, že kvantové batérie budú revolúciou v spôsobe, akým skladujeme energiu, a to aj vďaka ich schopnosti pohrávať sa zo základnými fyzikálnymi javmi.
