Austrálski vedci postavili prototyp batérie, ktorá funguje opačne ako všetko, čo poznáme. Čím je väčšia, tým rýchlejšie sa nabíja. Štúdia publikovaná v časopise Light: Science & Applications opisuje prvé zariadenie, ktoré dokázalo dokončiť celý kvantový cyklus nabitia, uloženia a vybitia energie.
V bežných batériách platí jednoduché pravidlo. Viac článkov znamená dlhšie nabíjanie. Tento vzťah platí pre každú elektrochemickú technológiu, ktorá doteraz vznikla. Tím vedený doktorom Jamesom Quachom z austrálskej výskumnej organizácie CSIRO spolu s kolegami z univerzít RMIT a University of Melbourne predviedol opačný princíp.
Klasické batérie ukladajú energiu cez chemické reakcie medzi elektródami a elektrolytmi. Kvantové batérie pracujú inak. Energia sa v nich uchováva v kvantových stavoch hmoty, konkrétne v interakciách medzi molekulami a zachytenými fotónmi.
Ako sa svetlo mení na prúd
Prototyp využíva viacvrstvovú organickú mikrodutinu. Ide o stoh polymérových filmov a zrkadiel, ktoré sú navrhnuté tak, aby zachytávali svetelné vlny. Keď laser dodáva energiu, molekuly vnútri zariadenia neabsorbujú fotóny jednotlivo. Absorbujú ich kolektívne, v jedinej koordinovanej udalosti.
Vedci tento jav nazývajú super absorpcia. „Systém pohltí svetlo v jedinej obrovskej udalosti super absorpcie, a to nabíja batériu rýchlejšie,“ uviedol Hutchison.
Toto kolektívne správanie sleduje konkrétny matematický vzťah. Ak by konvenčná batéria s N jednotkami potrebovala jednu sekundu na jednotku, kvantová batéria nabije všetkých N jednotiek súčasne za 1/√N. To znamená 1 delené druhou odmocninou z N sekúnd. Zdvojnásobenie veľkosti skráti čas nabíjania zhruba o 30 %, namiesto toho aby ho zdvojnásobilo. S rastom batérie sa efekt znásobuje.
Potvrdenie kontraintuitívneho efektu
„Naše zistenia potvrdzujú základný kvantový efekt, ktorý je úplne kontraintuitívny. Kvantové batérie sa s rastúcou veľkosťou nabíjajú rýchlejšie,“ povedal Quach. „Náš dôkazový prototyp predvádza rýchle a škálovateľné nabíjanie a ukladanie energie pri izbovej teplote, čím kladie základy pre energetické riešenia novej generácie.“
Schopnosť pracovať pri izbovej teplote je dôležitá. Mnoho kvantových technológií vyžaduje extrémne chladenie, čo komplikuje ich praktické nasadenie.
Meranie v laserovom laboratóriu
Na overenie výkonu prototypu vedci využili laboratórium ultrarýchlych laserov na Fakulte chémie University of Melbourne. Pokročilé spektroskopické techniky potvrdili rýchlosť nabíjania aj správanie pri uchovávaní energie.
Pomer medzi časom uchovania a časom nabíjania bol šesť rádov. Inými slovami, batéria si energiu udržala miliónkrát dlhšie, než trvalo jej nabitie. Ak by sa tento pomer dal preniesť do väčšieho merítka, batéria nabitá za jednu minútu by si energiu udržala približne dva roky.
