نظرات (5)پژوهشگران دانشگاه RMIT یک باتری کوانتومی ساخته و مورد آزمایش قرار دادهاند که میتواند به طور آنی شارژ شود و 1000 برابر بیشتر از باتریهای نسل قبل خود انرژی ذخیره کند. این باتریهای جدید دارای یک لایه شیمیایی هستند که میتواند انرژی ایجاد شده توسط یک لایه کوانتومی را در خود ذخیره کند و در کسری از زمان شارژ یا تخلیه شود. این باتریها در صورت رسیدن به مرحله تجاری میتوانند انقلابی را در صنعت ذخیرهسازی انرژی ایجاد کنند.
باتری کوانتومی ساخته شده توسط پژوهشگران استرالیایی دانشگاه RMIT قادر است انرژی ذخیره شده در این تجهیزات را با بهبود 1000 برابری همراه کند. این میزان از نظر مقیاس زمانی با تغییر از میکروثانیه به نانوثانیه برابری میکند که در نوع خود بسیار عالی و جذاب به نظر میرسد. همچنین قابلیت شارژ آنی و در کسری از زمان این باتری نیز در نوع خود بسیار جالب است. با این حال، این دستاورد هنوز در مرحله آزمایشی قرار دارد و تا رساندن آن به مرحله تجاری و تولید انبوه به زمان زیادی نیاز است. اما Daniel Tibben، دانشجوی دکترای دانشگاه RMIT و از پژوهشگران این تحقیق، نسبت به آینده این باتریها بسیار امیدوار است.
او به تازگی در گفتگو با وبسایت Renew Economy اعلام کرده است: «با سیستمی که اکنون ایجاد کردهایم، از نظر تئوری میتوانیم به ذخیره انرژی تا یک ثانیه برسیم». بنا به گفته محققین، هدف از این طرح، اثبات امکان افزودن یک لایه شیمیایی برای ذخیره انرژی ایجاد شده توسط لایه کوانتومی است که بدون آن انرژی بلافاصله شارژ و تخلیه میشود. در این تحقیق پنج مدل مختلف برای پیادهسازی این لایه شیمیایی در نظر گرفته شد که در مدل چهارم تئوری آن به اثبات رسید.
برخلاف باتریهای معمولی که به واکنشهای شیمیایی وابستهاند، این باتری کوانتومی از مفهوم برهم نهی کوانتومی یا Quantum Superposition استفاده میکند. در این مفهوم الکترون تا زمانی که اندازهگیری نشده میتواند همزمان در چند وضعیت مختلف ترازی قرار بگیرد. باتریها با استفاده از این قابلیت از تعاملات بین الکترونها و نور بهره میبرند تا به زمان شارژ سریعتری دست پیدا کنند.
در این مطالعه که نتایج آن در مجله PRX Energy منتشر شده، تیم تحقیقاتی آن پس از ساخت پنج کاواک نوری مختلف آنها را مورد بررسی قرار دادند. این کاواکها ساختارهایی ویژه هستند که نور را بین چند سطح بازتابی محبوس میکنند. چهارمین مدل این کاواکهای تولید شده عملکرد موفقیتآمیزی داشت و زمانی توانست بهترین عملکرد را در دسترس قرار دهد که دو سطح انرژی خاص به طور کامل هم تراز شدند و امکان ذخیرهسازی انرژی را فراهم کردند.
درون این کاواک، مولکولهایی با رنگ فلورسنت به نام رودامین 6G با فوتونها تعامل میکنند و به شکل پولاریتونها انرژی میگیرند. پولاریتونها ذراتی هستند که از نیمی نور و نیمی ماده تشکیل شدهاند و در واقع در اینجا نقش لایه شارژ کننده را ایفا میکنند. لایه دوم از مولکولهای یک ماده شیمیایی حساس به نور به نام پالادیوم تترافنیل پور فیرین تشکیل شده است که انرژی را جذب میکند.
این ماده در وضعیتی به نام «حالت سهگانه کمانرژی» یا Low-energy Triplet State قرار دارد؛ وضعیتی که در آن دو الکترون از سه الکترون آن در یک جهت میچرخند. این امر باعث ایجاد ثبات کافی برای ذخیره انرژی به مدت طولانیتر و در مقیاس کوانتومی میشود. Tibben میگوید که به صورت نظری توانایی رسیدن به ذخیره انرژی در یک ثانیه، مستقیماً به همین حالت سهگانه وابسته است. او میافزاید: «این مطالعه نشان میدهد که میتوانیم سیستمهای شیمیایی دیگری را در این نوع باتریها به کار بگیریم و باعث تعامل آنها با پولاریتونها شویم. این یک درک جدید است».
در همین رابطه بخوانید:
- انقلاب در دنیای باتریها؛ کرهایها باتری هسته ای ساختند که تا چندین سال بدون شارژ دوام میآورد
- ذخیره انرژی در سیمان؛ دیوارهای خانه شما باتریهای نسل جدید خواهند بود!
- ژاپنیها از ضایعات هستهای باتری ساختند؛ ذخیرهسازی انرژی برای 3 هزار خانوار تنها با پسماند هستهای
این تحقیق صورت گرفته توسط محققان استرالیایی در واقع ادامه پژوهشی است که برای نخستین بار در سال 2022 انجام گرفت. در این سال مشخص شد که باتریهای کوانتومی میتوانند کار کنند و میتوان انرژی را در این حالات مولکولی مختلف ذخیره کرد. مشکل اساسی باتری ساخته شده در این طرح این بود که باتری با همان سرعتی که شارژ میشد، تخلیه هم میشد که استفاده از انرژی ذخیره شده در آن را ناممکن میکرد.
پروفسور دنیل گومز، فیزیکدان شیمیایی دانشگاه RMIT و دیگر محقق این طرح پژوهشی، میگوید عرضه یک باتری کوانتومی واقعی برای دستگاههایی مانند حسگرها یا ساعتها هنوز به زمان زیادی نیاز دارد. او در مصاحبهای اعلام کرده است: «امیدواریم روزی بتوان از باتریهای کوانتومی برای بهبود کارایی سلولهای خورشیدی و تأمین انرژی دستگاههای الکترونیکی کوچک استفاده کرد».
