Key takeaways
- Quantum-batterier kan en dag revolutionere industrien ved at tilbyde mindre størrelser og hurtigere opladning.
- Men en ekspert siger, at kvantebatterier kan være "år eller årtier" væk fra at drive din mobiltelefon.
- Lovende forskning er i gang for at få mere ud af Li-Ion-batterikemi.
Dine gadgets kan en dag få et betydeligt kraftboost takket være kvantemekanikken.
Forskere har annonceret et gennembrud inden for kvantebatterier, der i sidste ende kan revolutionere, hvordan gadgets præsterer. Kvantebatterier kan være mindre og oplade hurtigere end nuværende batterier. Den nye teknologi er blot én måde, hvorpå batteriindustrien er klar til at genoverveje.
"Fra et rent funktionelt perspektiv ønsker vi lettere gadgets med mere lagerplads, og ny batteriteknologi kan give os begge råd," sagde Mark Falinski, en miljømæssig bæredygtighedsforsker, som ikke var en del af den nylige undersøgelse, til Lifewire i en e-mail interview.
Schrödingers batteri?
Forskere ved University of Adelaide i Australien hævder, at de har taget et kritisk skridt for at gøre kvantebatterier til en realitet. De siger, at de beviste konceptet superabsorption, en afgørende idé, der understøtter kvantebatterier, ifølge en nyligt offentliggjort undersøgelse i tidsskriftet Science Advances.
"Kvantebatterier, som bruger kvantemekaniske principper til at forbedre deres muligheder, kræver mindre opladningstid, jo større de bliver," James Q. Quach, en af undersøgelsens forfattere, sagde i en pressemeddelelse. "Det er teoretisk muligt, at opladningseffekten af kvantebatterier stiger hurtigere end batteriets størrelse, hvilket kunne tillade nye måder at fremskynde opladningen på."
For at bevise konceptet med superabsorption byggede holdet wafer-lignende mikrohulrum i forskellige størrelser, som indeholdt organiske molekyler. Hvert mikrohulrum blev opladet ved hjælp af en laser.
"Det aktive lag i mikrohulrummet indeholder organiske halvledermaterialer, der lagrer energien. Baggrunden for den superabsorberende effekt af kvantebatterierne er ideen om, at alle molekylerne virker kollektivt gennem en egenskab kendt som kvantesuperposition," sagde Quach.
Kvantesuperposition, et grundlæggende princip i kvantemekanikken, siger, at ligesom bølger i klassisk fysik kan to kvantetilstande lægges sammen ("overlejret"), og resultatet vil være en anden gyldig kvantetilstand.
Men Falinkski advarede om, at kvantebatterier kan være "år eller årtier" væk fra at drive din mobiltelefon.
"Når det er sagt, er der en masse investeringer, der bliver fremsat i kvanteberegningsområdet, og hvis de samme investeringer skubbes frem i kvantebatterier, kan vi gøre reelle fremskridt i et hurtigere tempo," tilføjede han..
Vi nærmer os den teoretiske grænse for, hvad vores batterier kan opbevare og genbruge.
Powering Innovations
Behovet for ny batteriteknologi er stort. I 2040 forventes energiforbruget af mennesker at være steget med 28 procent fra 2015-niveauet. Størstedelen af strømmen vil stadig komme fra fossile brændstoffer med de dermed forbundne omkostninger for miljøet.
"Vi nærmer os den teoretiske grænse for, hvad vores batterier kan opbevare og genbruge," sagde Falinski. "Lithium-ion-batterier bliver bedre og bedre, men vi er ved at nå et punkt, hvor fysikken og kemien ikke kan forbedre dem meget mere."
Lovende forskning er i gang for at få mere ud af Li-Ion-batterikemi, herunder nye materialer, der giver løftet om at øge energitætheden, strømtætheden, cykluslevetiden eller faldende omkostninger, er alle i forskellige udviklingsstadier, Craig Lawrence, en cleantech-investor, som har en baggrund inden for batteriteknik, fort alte Lifewire i et e-mailinterview.
Solid-state batterier, en lithium-metal batteriteknologi, kunne tilbyde væsentlig højere energitæthed end lithium-ion, sagde Lawrence.
"Vi har næsten uendelig computerkraft i vores lomme, men det er lige så nyttigt, så længe batteriet kan holde det kørende," tilføjede han. "Det er derfor, vi ikke kan have en smartphone, der holder mere end en dag på en opladning, eller en drone, der kan holde mere end 30-60 minutter."
E-cykler er et andet område, der trænger til en batterieftersyn. I 2021 rapporterede New York City alene om mere end 80 brande forbundet med elektriske cykler og deres batterier. ZapBatt har skabt et lithium-titanat e-cykelbatteri, som det hævder er brandsikkert og kan oplades helt fra 0 % til 100 % på 20 minutter i stedet for de sædvanlige 6 timer.
"For individuelle forbrugere er det ubelejligt og ikke miljøvenligt at vente seks timer på en batteriopladning og at skulle udskifte batterier årligt," fort alte Charlie Welch, CEO for ZapBatt, til Lifewire i et e-mailinterview. "Med denne store stigning i interessen for e-cykler skal batteriteknologien fortsætte med at udvikle sig for at fremme mere brug og øge sikkerheden."
