Доказателството за концепцията потвърждава физиката, която може да позволи квантови батерии

Сподели

Квантовите батерии могат един ден да революционизират съхранението на енергия чрез това, което изглежда като парадокс – колкото по-голяма е батерията, толкова по-бързо се зарежда. За първи път екип от учени демонстрира квантовомеханичния принцип на суперабсорбция, който стои в основата на квантовите батерии в устройство за доказване на концепцията.

Странният свят на квантовата физика е пълен с явления, които ни се струват невъзможни. Молекулите, например, могат да бъдат толкова преплетени, че да започнат да действат колективно и това може да доведе до редица квантови ефекти. Това включва суперабсорбция, която повишава способността на молекулата да абсорбира светлина.

„Суперабсорбцията е квантов колективен ефект, при който преходите между състоянията на молекулите се намесват конструктивно“, каза Джеймс Куач, автор на изследването, пред New Atlas. „Конструктивната интерференция възниква във всички видове вълни (светлина, звук, вълни върху вода) и възниква, когато различни вълни се събират, за да дадат по-голям ефект от всяка вълна сама по себе си. От решаващо значение това позволява на комбинираните молекули да абсорбират светлината по-ефективно, отколкото ако всяка молекула действа поотделно.”

В квантова батерия това явление би имало много ясна полза. Колкото повече молекули за съхранение на енергия имате, толкова по-ефективно те ще могат да абсорбират тази енергия – с други думи, колкото по-голяма правите батерията, толкова по-бързо ще се зарежда.

Поне така трябва да работи на теория. Свръхабсорбцията все още трябваше да бъде демонстрирана в мащаб, достатъчно голям, за да се изградят квантови батерии, но новото проучване вече успя точно това. За да изградят своето тестово устройство, изследователите поставиха активен слой от поглъщащи светлина молекули – багрило, известно като Lumogen-F Orange – в микрокухина между две огледала.

„Огледалата в тази микрокухина са направени по стандартен метод за създаване на висококачествени огледала“, обясни Куач. „Това е да се използват редуващи се слоеве от диелектрични материали – силициев диоксид и ниобиев пентоксид – за създаване на това, което е известно като „разпределен рефлектор на Браг“. Това произвежда огледала, които отразяват много повече от светлината от типичното метално/стъклено огледало. Това е важно, тъй като искаме светлината да остане вътре в кухината възможно най-дълго.”

След това екипът използва ултрабърза спектроскопия на преходна абсорбция, за да измери как молекулите на багрилото съхраняват енергията и колко бързо се зарежда цялото устройство. И със сигурност, с увеличаването на размера на микрокухината и броя на молекулите, времето за зареждане намалява, демонстрирайки суперабсорбция при работа.

В крайна сметка този пробив може да проправи пътя за практични квантови батерии, създавайки бързо зареждащи се електрически превозни средства или системи за съхранение на енергия, които могат да се справят с изблици на енергия от възобновяеми източници. Но, разбира се, все още са много ранни дни за това изследване.

„Идеята тук е доказателство за принципа, че подобреното поглъщане на светлина е възможно в такова устройство“, каза ни Куач. „Основното предизвикателство обаче е да се преодолее пропастта между принципа за доказване на принципа тук за малко устройство и използването на същите идеи в по-големи използваеми устройства. Следващите стъпки са да проучим как това може да се комбинира с други начини за съхранение и прехвърляне на енергия, за да се осигури устройство, което може да бъде практически полезно.

Изследването е публикувано в списанието Научни постижения.

Източник: Университет на Аделаида чрез Scimex

.

Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели