باتری کوانتومی که انرژی را هزار برابر بیشتر از نمونه‌های قبلی ذخیره میکند
عنوان خبر: باتری کوانتومی که انرژی را هزار برابر بیشتر از نمونه‌های قبلی ذخیره میکند
ژانر/موضوع: باتری کوانتومی
تاریخ انتشار خبر: 10 ژوئیه 2025
لینک خبر: The Quantum Insider
چکیده:
پژوهشگران استرالیا به پیشرفت مهمی در حوزه باتری‌های کوانتومی دست یافته‌اند و نمونه اولیه‌ای ساخته‌اند که می‌تواند انرژی را هزار برابر بیشتر از نمونه‌های قبلی ذخیره کند. این تیم با بهره‌گیری از طراحی مبتنی بر مدل Dicke و میکروکاواک های آلی، مشکل از دست رفتن سریع انرژی را با هم‌ترازی سطح‌های انرژی و انتقال انرژی به حالت‌های تریپلت مولکولی با عمر طولانی‌تر حل کردند. بهترین دستگاه ساخته‌شده توانست انرژی را بیش از ۴۰ میکروثانیه ذخیره کند، در حالی که نتایج قبلی تنها در حد نانوثانیه بود. هرچند این نمونه اولیه هنوز تا کاربرد تجاری فاصله زیادی دارد، اما مسیر قابل‌اتکایی برای باتری‌های کوانتومی پایدارتر ارائه می‌دهد که در آینده می‌تواند بازده سلول‌های خورشیدی را بهبود بخشد و دستگاه‌های الکترونیکی کوچک را تغذیه کند. این دستاورد جایگاه پیشرو استرالیا در تحقیقات آزمایشگاهی باتری کوانتومی را نشان می‌دهد.
شرح کامل خبر:
در یک پیشرفت آزمایشگاهی چشمگیر، پژوهشگران دانشگاه RMIT و سازمان علمی CSIRO استرالیا موفق شده‌اند نمونه‌ای از یک باتری کوانتومی را نمایش دهند که انرژی را تا ۱۰۰۰ برابر طولانی‌تر از نسخه‌های پیشین ذخیره میکند؛ گامی کلیدی برای رفع یکی از موانع اساسی در مسیر دستیابی به ذخیره‌سازی عملی انرژی به‌کمک فناوری کوانتومی. نتایج این مطالعه که در مجله PRX Energy منتشر شده، بر اساس مفهومی به‌نام مدل دیکه (Dicke model) استوار است که از برهم‌کنش‌های جمعی نور و ماده برای دستیابی به پدیده‌ای به‌نام ابر-جذب (superabsorption) بهره می‌برد؛ فرآیندی که در اصل می‌تواند امکان شارژ سریع‌تر و چگالی توان بالاتر از حد کلاسیک را فراهم کند.
باتری‌های کوانتومی اساساً با باتری‌های الکتروشیمیایی سنتی متفاوت‌اند. در اینجا انرژی نه از طریق واکنش‌های شیمیایی، بلکه با بهره‌گیری از پدیده‌های مکانیک کوانتومی مانند برهم‌نهی، درهم‌تنیدگی و برانگیختگی‌های جمعی ذخیره می‌شود. یکی از مسیرهای امیدوارکننده، استفاده از میکروکاواک‌های آلی است که مواد اکسیتونی را به کاواک‌های نوری کوپل می‌کنند و از طریق مدهای اکسیتون–پولاریتون به جذب نور شدت می‌بخشند. هرچند مطالعات قبلی امکان شارژ سریع از طریق ابر-جذب را تأیید کردند، اما این سامانه‌ها به‌دلیل تلفات تابشی سریع که با پدیده ابر-تابش (superradiance) تشدید می‌شود، با طول عمر ذخیره‌سازی بسیار کوتاه مواجه بودند.
برای حل این مشکل، تیم پژوهشی RMIT–CSIRO طراحی خلاقانه‌ای ارائه دادند که از حالت‌های تریپلت مولکولی به‌عنوان مخزن ذخیره‌سازی واسط بهره می‌گیرد. آنها با مهندسی میکروکاواک‌های چندلایه، سیستمی ساختند که لایه جذب فعال انرژی را به حالت‌های تریپلت با طول عمر بالا در یک لایه ذخیره‌سازی مجاور منتقل میکند. دستاورد فنی اصلی این پروژه، دستیابی به شرطی است که در آن سطح انرژی مد پولاریتون پایین و حالت تریپلت دقیقاً هم‌تراز (ایزوانرژیک) شوند؛ این هم‌ترازی امکان انتقال حداکثری جمعیت به حالت ذخیره‌سازی را فراهم میکند و همزمان تلفات ناخواسته تابشی را به حداقل می‌رساند.
در مرحله آزمایش، پژوهشگران پنج نمونه اولیه را با دقت بالا ساخته و عملکرد آنها را در نزدیکی رزونانس تریپلت–پولاریتون ارزیابی کردند. نتایج نشان داد وقتی این شرط رزونانس بهینه شود، طول عمر ذخیره‌سازی انرژی در باتری کوانتومی از چند نانوثانیه به بیش از ۴۰ میکروثانیه افزایش می‌یابد؛ یعنی بهبودی معادل ۱۰۰۰ برابر. هرچند این میزان هنوز فاصله زیادی با دوام لازم برای کاربردهای عملی دارد، اما مسیر طراحی نسل‌های آینده باتری‌های کوانتومی با طول عمر بیشتر را هموار میکند.
اهمیت این پیشرفت در کاربردهای بالقوه آن است؛ از جمله بهبود بهره‌وری سلول‌های خورشیدی از طریق ذخیره‌سازی مؤثرتر انرژی نورانی برداشت‌شده و آزادسازی هدفمند آن، یا تأمین توان دستگاه‌های کوچک الکترونیکی که می‌توانند از مزیت چرخه‌های شارژ و تخلیه سریع بهره ببرند. این دستاورد در گرو قابلیت‌های دقیق ساخت و ریزساختار در مرکز تحقیقات میکرو–نانوی RMIT بوده است که امکان کنترل لایه‌بندی و تنظیم دقیق شرایط رزونانس را فراهم کرده است.
تیم تحقیقاتی در گام‌های بعدی قصد دارد با همکاری صنعت، معماری این دستگاه‌ها را بهینه کند، مواد جدیدی برای حالت‌های تریپلت با طول عمر بالاتر شناسایی کند و مسیرهای مقیاس‌پذیری این ساختارهای آزمایشگاهی را برای کاربری‌های واقعی بررسی نماید. با غلبه بر محدودیت‌های ذاتی “مدل دیکه” از طریق مهندسی هوشمندانه حالت‌های کوانتومی، این مطالعه یک گام مهم برای تبدیل ایده‌ی باتری کوانتومی از یک مفهوم نظری به فناوری عملی در سیستمهای انرژی نسل آینده به‌شمار می‌رود.
منابع:
[1] https://thequantuminsider.com/2025/07/10/quantum-battery-device-extends-lifetime-1000-times/
[2] https://journals.aps.org/prxenergy/abstract/10.1103/bhyh-53np
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
