Key takeaways
- Quantum-batterier kan en dag revolusjonere industrien ved å tilby mindre størrelser og raskere lading.
- Men en ekspert sier at kvantebatterier kan være «år eller tiår» unna å drive mobiltelefonen din.
- Lovende forskning er i gang for å få mer ut av Li-Ion-batterikjemi.
Innretningene dine kan en dag få en betydelig kraftøkning takket være kvantemekanikk.
Forskere har annonsert et gjennombrudd innen kvantebatterier som til slutt kan revolusjonere hvordan gadgets presterer. Kvantebatterier kan være mindre og lades raskere enn nåværende batterier. Den nye teknologien er bare én måte batteriindustrien er klar til å tenke nytt på.
"Fra et rent funksjonelt perspektiv ønsker vi lettere dingser med mer lagringsplass, og ny batteriteknologi kan gi oss begge," sa Mark Falinski, en miljømessig bærekraftsforsker som ikke var en del av den nylige studien, til Lifewire i en e-postintervju.
Schrödinger's Battery?
Forskere ved University of Adelaide i Australia hevder at de har tatt et kritisk skritt for å gjøre kvantebatterier til en realitet. De sier de beviste konseptet superabsorpsjon, en avgjørende idé som ligger til grunn for kvantebatterier, ifølge en nylig publisert studie i tidsskriftet Science Advances.
"Kvantebatterier, som bruker kvantemekaniske prinsipper for å forbedre sine evner, krever mindre ladetid jo større de blir," James Q. Quach, en av studiens forfattere, sa i en pressemelding. "Det er teoretisk mulig at ladekraften til kvantebatterier øker raskere enn størrelsen på batteriet, noe som kan tillate nye måter å øke hastigheten på ladingen."
For å bevise konseptet med superabsorpsjon, bygde teamet wafer-lignende mikrohulrom i forskjellige størrelser som inneholdt organiske molekyler. Hvert mikrohulrom ble ladet med en laser.
"Det aktive laget i mikrohulrommet inneholder organiske halvledermaterialer som lagrer energien. Underliggende den superabsorberende effekten til kvantebatteriene er ideen om at alle molekylene virker kollektivt gjennom en egenskap kjent som kvantesuperposisjon," sa Quach.
Kvantesuperposisjon, et grunnleggende prinsipp for kvantemekanikk, sier at på samme måte som bølger i klassisk fysikk, kan alle to kvantetilstander legges sammen ("overlagt"), og resultatet vil være en annen gyldig kvantetilstand.
Men Falinkski advarte om at kvantebatterier kan være «år eller tiår» unna å drive mobiltelefonen din.
"Når det er sagt, er det mange investeringer som legges frem i kvanteberegningsområdet, og hvis de samme investeringene skyves frem i kvantebatterier, kan vi gjøre reelle fremskritt i et raskere tempo," la han til..
Vi nærmer oss den teoretiske grensen for hva batteriene våre kan lagre og gjenbruke.
Powering Innovations
Behovet for ny batteriteknologi er stort. Innen 2040 forventes energiforbruket til mennesker å ha økt med 28 prosent fra 2015-nivåene. Størstedelen av kraften vil fortsatt komme fra fossilt brensel med tilhørende kostnader for miljøet.
"Vi nærmer oss den teoretiske grensen for hva batteriene våre kan lagre og gjenbruke," sa Falinski. "Lithium-ion-batterier blir bedre og bedre, men vi kommer til et punkt der fysikk og kjemi ikke kan forbedre dem mye mer."
Lovende forskning er i gang for å få mer ut av Li-Ion-batterikjemi, inkludert nye materialer som gir løftet om å øke energitettheten, strømtettheten, sykluslevetiden eller redusere kostnadene, er alle i ulike utviklingsstadier, Craig Lawrence, en cleantech-investor som har bakgrunn fra batteriteknikk, fort alte Lifewire i et e-postintervju.
Solid-state-batterier, en litium-metall-batteriteknologi, kan tilby betydelig høyere energitetthet enn Lithium-Ion, sa Lawrence.
"Vi har nesten uendelig datakraft i lommen, men det er like nyttig så lenge batteriet kan holde det i gang," la han til. «Det er grunnen til at vi ikke kan ha en smarttelefon som varer mer enn en dag på lading, eller en drone som kan vare mer enn 30–60 minutter.»
E-sykler er et annet område som trenger en batterioverhaling. I 2021 rapporterte New York City alene om mer enn 80 branner knyttet til elektriske sykler og deres batterier. ZapBatt har laget et litium-titanat e-sykkelbatteri som den hevder er brannsikkert og kan lades helt opp fra 0 % til 100 % på 20 minutter i stedet for de vanlige 6 timene.
"For individuelle forbrukere er det ubeleilig og ikke miljøvennlig å vente seks timer på batterilading og å måtte bytte batterier årlig," sa Charlie Welch, administrerende direktør i ZapBatt, til Lifewire i et e-postintervju. "Med denne enorme økningen i e-sykkelinteressen, må batteriteknologien fortsette å utvikle seg for å oppmuntre til mer bruk og øke sikkerheten."
