شارژ ۱ میلیون برابر سریعتر از تخلیه یک باتری کوچک
وقتی به شارژ سریع فکر میکنید، چه چیزی به ذهنتان میآید؟ تلفنهای همراه هوشمندی که در عرض چند دقیقه از صفر به ۱۰۰ درصد شارژ میرسند؟ یا شاید خودروهای برقی که در کمتر از یک ساعت، به اندازه طی کردن ۶۰ مایل شارژ میشوند؟ پس شاید جالب باشد که بدانید دانشمندان نمونه اولیه یک باتری کوانتومی را ساختهاند که با استفاده از لیزر یک میلیون برابر سریعتر از تخلیهاش، شارژ میشود.
به گزارش چابک آنلاین، برای سالها مفهوم باتری کوانتومی که از اصول مکانیک کوانتوم برای ذخیره انرژی استفاده میکند، عمدتا به دلیل پیچیدگیها و عدم پیشبینیپذیری فناوری کوانتومی صرفاً یک نظریه باقی مانده بود.
در یک پیشرفت مهم در این حوزه، گروهی از پژوهشگران شامل دانشمندانی از آژانس فضایی استرالیا، سازمان تحقیقات علمی و صنعتی مشترکالمنافع، موسسه فناوری سلطنتی ملبورن و دانشگاه ملبورن موفق شدند اولین نمونه اولیه باتری کوانتومی جهان را که به صورت بیسیم و با لیزر شارژ میشود، بسازند.
این نمونه اولیه که هنوز فاصله زیادی تا عملی شدن دارد، در فمتوثانیهها شارژ شد و انرژی را برای نانوثانیهها ذخیره کرد. به بیان فنی، باتری یک میلیون برابر طولانیتر از مدت زمان شارژ خود دوام آورد. برای مقایسه، این مانند این است که تلفن همراه شما در عرض ۳۰ دقیقه به طور کامل شارژ شود و شارژ آن بیش از ۱۰۰ سال دوام بیاورد. مثال دیگر این است که یک باتری ۱۱ روز کار کند و در یک ثانیه شارژ شود.
دکتر جیمز کوآچ از سازمان تحقیقات علمی و صنعتی مشترکالمنافع و پژوهشگر اصلی این مطالعه، میگوید: این اولین نمونه اولیهای است که یک چرخه کامل باتری را انجام میدهد. به عبارتی، شما آن را شارژ میکنید، انرژی را ذخیره میکنید و میتوانید تخلیه کنید.
با این حال، مهم است که بدانیم این فناوری هنوز در ابتداییترین مرحله خود قرار دارد. نمونه فعلی تنها ظرفیت چند میلیارد الکترونولت را دارد که به سختی برای تأمین انرژی چیزی کافی است. شاید این عدد بزرگ به نظر برسد، اما پنج میلیارد الکترونولت تقریباً یک دویستهزارم انرژی یک پشه در حال پرواز است.
با وجود این، این موفقیت اثبات خوبی است که مفهوم باتری کوانتومی کار میکند و یک پیشرفت مهم برای آینده ذخیرهسازی انرژی کوانتومی به شمار میرود.
دکتر کوآچ میگوید: این پژوهش و نمونه اولیه، پتانسیل هیجانانگیز باتریهای کوانتومی برای شارژ سریع و ذخیره انرژی در دمای محیط را تأیید میکند و زمینه را برای راهکارهای انرژی نسل بعدی آماده میسازد.
برخلاف باتریهای معمولی که عمدتا به واکنشهای شیمیایی متکی هستند، باتریهای کوانتومی از ویژگیهای منحصر به فرد مکانیک کوانتومی مانند برهمنهی (superposition) و درهمتنیدگی (entanglement) استفاده میکنند.
برای ذهنهای ناآشنا، فناوری کوانتومی ممکن است گیجکننده و عجیب به نظر برسد. همانند دیگر فناوریهای کوانتومی، نمونه اولیه پژوهشگران برخی ویژگیهای «عجیب» را نیز نشان داد. در باتریهای استاندارد، اندازه باتری مستقیماً با زمان شارژ نسبت دارد؛ باتریهای کوچک گوشی در چند ساعت شارژ میشوند، در حالی که نمونههای بزرگتر خودروهای برقی باید شب تا صبح شارژ شوند. اما باتریهای کوانتومی دقیقا برعکس عمل میکنند.
کوآچ توضیح میدهد: باتریهای کوانتومی این ویژگی عجیب را دارند که هرچه بزرگتر باشند، زمان شارژ کوتاهتری دارند. این به دلیل ویژگیای به نام اثرات جمعی است که در آن سلولهای کوانتومی وقتی تعداد بیشتری از آنها درگیر است، سریعتر شارژ میشوند.
بدون اغراق، پتانسیل این پژوهش فوقالعاده است. باتریهای کوانتومی کاملاً عملی ممکن است روزی رایانههای کوانتومی یا دستگاههای الکترونیکی کوچک معمولی را تأمین نیرو کنند. تصور کنید که بتوانید تلفن همراه خود را در چشم به هم زدنی شارژ کنید.
پژوهشگران سناریوهایی را تصور میکنند که در آن یک پهپاد با لیزر در حین پرواز شارژ شود. آنها همچنین معتقدند که این فناوری میتواند «صنعت خودروهای برقی را متحول کند»؛ به این معنا که شارژ خودروهای برقی بسیار سریعتر از سوختگیری با بنزین خواهد بود. دکتر کوآچ مثالهایی مشابه پهپاد میآورد، جایی که خودرو نیازی به توقف نخواهد داشت.
با این حال، در حال حاضر، همه اینها پتانسیل دوردست است. بیشتر احتمال دارد که سیستمهای ذخیره انرژی کوانتومی رایانههای کوانتومی را تأمین نیرو کنند. پژوهشگران نیز بر این موضوع توافق دارند.
دکتر کوآچ میگوید: با وجود اینکه هنوز کارهای زیادی در پژوهش باتری کوانتومی باقی مانده، ما یک گام مهم به سوی تحقق این امکان برداشتهایم. گام بعدی برای باتریهای کوانتومی در حال حاضر، افزایش زمان ذخیره انرژی است. اگر بتوانیم این مانع را برطرف کنیم، کمی به باتریهای کوانتومی تجاری نزدیکتر خواهیم شد.
