Физики доказали принцип сверхпоглощения и создают супермощную квантовую батарею

Квантовые батареи могут хранить энергию в новом классе компактных и мощных устройств.

Международная группа ученых сделала важный шаг к тому, чтобы сделать квантовые батареи реальностью. Согласно заявлению для прессы из Университета Аделаиды, инженеры впервые доказали важнейшую концепцию суперабсорбции или сверхпоглощения. Сверхпоглощение, как и многие другие квантовые явления, делает невозможное возможным благодаря тонким манипуляциям с молекулами на квантовом уровне.

«Сверхпоглощение — это квантовый коллективный эффект, при котором переходы между состояниями молекул конструктивно интерферируют» — заявил в интервью NewAtlas Джеймс Кваша (James Quach), один из исследователей проекта в Университете Аделаиды. «Конструктивная интерференция возникает во всех видах волн (свет, звук, волны на воде), когда разные волны складываются, чтобы дать больший эффект, чем любая волна сама по себе, — добавил он. — Важно то, что это позволяет объединенным молекулам поглощать свет более эффективно, чем если бы каждая из них действовала по отдельности». По сути, это означает, что чем больше молекул в устройстве накопления квантовой энергии, тем эффективнее оно сможет поглощать энергию. В свою очередь, это означает более быстрое время зарядки.

Новые результаты могут привести к созданию больших систем хранения с невероятно быстрым временем зарядки , что позволит использовать новые приложения в области хранения возобновляемой энергии. Квантовые батареи, которые используют квантово-механические принципы для расширения своих возможностей, требуют меньше времени для зарядки, чем больше они становятся. Теоретически возможно, что мощность зарядки квантовых батарей увеличивается быстрее, чем размер батареи. Это открывает новые способы ускорения зарядки.

Ученые использовали лазер для зарядки нескольких многослойных микрополостей разного размера, каждая из которых содержала различное количество органических молекул. «Активный слой микрополости содержит органические полупроводниковые материалы, которые накапливают энергию. В основе сверхпоглощающего эффекта квантовых батарей лежит идея о том, что все молекулы действуют коллективно благодаря свойству, известному как квантовая суперпозиция, — пояснил Кваш. — По мере увеличения размера микрополости и количества молекул время зарядки уменьшалось. Это значительный прорыв и важная веха в развитии квантовой батареи».

По словам группы исследователей, все это имеет решающее значение для разработки новых, более устойчивых форм хранения энергии. К 2040 году, объясняют они, ожидается, что потребление энергии людьми увеличится на 28% по сравнению с уровнем 2015 года. С квантовой батареей компании, работающие с возобновляемыми источниками энергии, смогут одновременно собирать и хранить световую энергию, обеспечивая значительное снижение затрат, пояснила команда. Следующим и наиболее важным шагом для команды является разработка полностью функционирующего прототипа квантовой батареи, использующего явление сверхпоглощения, для которого они представили доказательства в своих экспериментах по проверке концепции.