Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν κβαντικό διακόπτη, δοκίμασαν μερικές διαφορετικές διαμορφώσεις φορτιστή και δημιούργησαν ένα σύστημα ικανό να τραβάει από δύο φορτιστές ταυτόχρονα
Σε μια τυπική μπαταρία, τα φορτισμένα ιόντα περνούν προς μια κατεύθυνση μέσω μιας θάλασσας άλλων σωματιδίων καθώς η μπαταρία επαναφορτίζεται, πριν κινηθούν προς την άλλη κατεύθυνση για να απελευθερώσουν την αποθηκευμένη ενέργεια σύμφωνα με το sciencealert.
Τα ιόντα πηγαίνουν μπροστά και πίσω, μερικά εκτρέπονται στην πορεία, έως ότου η χωρητικότητα της μπαταρίας εξαντληθεί και χάσει ενέργεια πολύ γρήγορα για να είναι χρήσιμη.
Αλλά οι φυσικοί, βρίσκουν νέους τρόπους αποθήκευσης ενέργειας σε εύχρηστες φορητές συσκευές, αντλώντας από ένα περίεργο κβαντικό φαινόμενο που αλλάζει τον χρόνο, μεταξύ άλλων ασυνήθιστων συμβάντων.
«Οι τρέχουσες μπαταρίες για συσκευές χαμηλής κατανάλωσης, όπως smartphone ή αισθητήρες, χρησιμοποιούν συνήθως χημικές ουσίες όπως το λίθιο για την αποθήκευση φόρτισης, ενώ μια κβαντική μπαταρία χρησιμοποιεί μικροσκοπικά σωματίδια όπως συστοιχίες ατόμων», εξηγεί ο Yuanbo Chen, μεταπτυχιακός φοιτητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο.
Ταυτόχρονα στάδια φόρτισης
Στην τελευταία τους δουλειά, ο Chen συνεργάστηκε με τον φυσικό Gaoyan Zhu του Κέντρου Έρευνας Υπολογιστικής Επιστήμης του Πεκίνου, μέρος της China Academy of Engineering Physics, και συναδέλφους για να δοκιμάσουν την ιδέα δημιουργίας μιας κβαντικής μπαταρίας που επιτρέπει ταυτόχρονα στάδια φόρτισης, βελτιώνοντας έτσι την ενέργεια αποθήκευσης και την θερμική απόδοση.
"Ενώ οι χημικές μπαταρίες διέπονται από τους κλασικούς νόμους της φυσικής, τα μικροσκοπικά σωματίδια είναι κβαντικής φύσης, επομένως έχουμε την ευκαιρία να εξερευνήσουμε τρόπους χρήσης τους που λυγίζουν ή ακόμα και σπάνε τις διαισθητικές μας αντιλήψεις για το τι συμβαίνει σε μικρές κλίμακες", λέει ο Chen.
Ο Chen, ο Zhu και οι συνεργάτες του δεν είναι σίγουρα η πρώτη ομάδα που φαντάζεται πώς μπορεί να λειτουργήσει μια κβαντική μπαταρία, αλλά έχουν δοκιμάσει τις ιδέες τους πειραματικά σε ένα εργαστηριακό πάγκο γεμάτο με λέιζερ, φακούς και καθρέφτες σε απόσταση μεταξύ τους.
Το 2019, μια ομάδα ερευνητών με έδρα τον Καναδά εκπόνησε ένα σχέδιο για μια κβαντική μπαταρία που δεν χάνει ποτέ το φορτίο της. Η ιδέα τους, η οποία εξακολουθεί να είναι εντελώς θεωρητική, βασίζεται σε έναν διαφορετικό κβαντικό μηχανισμό: έναν που περιλαμβάνει την προσέλκυση κβαντικών συστατικών σε μια «σκοτεινή κατάσταση» όπου το υλικό δεν μπορεί να αλληλεπιδράσει ή να χάσει ενέργεια με το περιβάλλον του.
Η προσέγγιση του Zhu και των συνεργατών του ακολουθεί ένα κβαντικό φαινόμενο γνωστό ως υπέρθεση, το οποίο συνήθως ανακαλείται για τον κβαντικό υπολογισμό και είναι όπου τα σωματίδια υπάρχουν σε μια αναταραχή πιθανών καταστάσεων μέχρι τη στιγμή που μετρώνται.
Η γραμμική τάξη
Στην κλασική φυσική και την καθημερινή ζωή, τα γεγονότα μπορούν να συμβούν μόνο με γραμμικό τρόπο ή σταθερή σειρά. Σκεφτείτε την αιτία πριν από το αποτέλεσμα ή το συμβάν Α (πατώντας έναν διακόπτη) πριν από το συμβάν Β (το φως ανάβει).
Στο κβαντικό βασίλειο, ωστόσο, αυτή η γραμμική τάξη καταρρέει και η υπέρθεση επιτρέπει στα γεγονότα να εκτυλίσσονται κατά μήκος δύο παράλληλων μονοπατιών ταυτόχρονα. Κατά κάποιον τρόπο, αυτό μπλέκει με τον χρόνο, επειδή ένα γεγονός που ακολουθεί ένα άλλο μπορεί επίσης να επηρεάσει την έκβαση του γεγονότος σαν να είχε προηγηθεί, επειδή και οι δύο τάξεις γεγονότων, το Α πριν από το Β και το Β πριν από το Α, είναι ταυτόχρονα αληθινές.
«Με απλά λόγια, έχει βρεθεί ότι οι νόμοι της κβαντικής μηχανικής επιτρέπουν την κβαντική υπέρθεση των αιτιακών τάξεων», εξηγούν ο Zhu και οι συνεργάτες του.
Για να το εφαρμόσουν στην αποθήκευση ενέργειας, οι ερευνητές συνειδητοποίησαν αυτή την παράξενη διαδικασία χρησιμοποιώντας έναν κβαντικό διακόπτη, δοκίμασαν μερικές διαφορετικές διαμορφώσεις φορτιστή και δημιούργησαν ένα σύστημα ικανό να τραβάει από δύο φορτιστές ταυτόχρονα.
«Δείξαμε ότι ο τρόπος με τον οποίο φορτίζετε μια μπαταρία που αποτελείται από κβαντικά σωματίδια θα μπορούσε να επηρεάσει δραστικά την απόδοσή της», λέει ο Chen. «Είδαμε τεράστια κέρδη τόσο στην ενέργεια που αποθηκεύεται στο σύστημα όσο και στη θερμική απόδοση».
"Επιπλέον, αποκαλύπτουμε ένα αντιδιαισθητικό αποτέλεσμα ότι ένας σχετικά λιγότερο ισχυρός φορτιστής εγγυάται μια φορτισμένη μπαταρία με περισσότερη ενέργεια με υψηλότερη απόδοση", αναφέρουν οι ερευνητές στο έγγραφό τους.
Ενώ αυτή η κβαντική «μπαταρία» μοιάζει περισσότερο με ένα δίκτυο λέιζερ σε έναν πάγκο εργαστηρίου και χρόνια μακριά από πρακτικές εφαρμογές, εξακολουθεί να είναι μια φρέσκια επίδειξη των βασικών αρχών και του τι θα μπορούσε να είναι δυνατό κάποια στιγμή στο μέλλον – αν δεν έχει γίνει έχει ήδη συμβεί στο παρελθόν.
www.worldenergynews.gr
