Дослідники продемонстрували нову експериментальну квантову батарею
Квантові батареї можуть зробити революцію в зберіганні енергії завдяки тому, що здається парадоксом: чим більшою є батарея, тим швидше вона заряджатиметься. Група вчених вперше продемонструвала дію квантово-механічного принципу «суперпоглинання», що покладений в основу квантових накопичувачів енергії.
Химерний та подеколи незбагненний світ квантової фізики сповнений явищ, які на перший погляд здаються неможливими. Молекули, наприклад, можуть бути настільки переплетеними, що вони починають діяти спільно, і це може призвести до появи особливих квантових ефектів. Серед них – явище «суперпоглинання», яке підвищує здатність молекул поглинати світло.
«Суперпоглинання – це «колективний» квантовий ефект, при якому молекули структурно взаємодіють (інтерферують) при переходах між своїми станами», – пояснив Джеймс Куач, керівник дослідження. «Структурна інтерференція є характерною для всіх видів хвиль (світло, звук, хвилі на воді) і виникає, коли різні хвилі накладаються і сумуються, що дає більший ефект, аніж від будь-якої хвилі окремо. Важливо зазначити, що це дозволяє об'єднаним молекулам поглинати енергію ефективніше, ніж якщо кожна молекула діяла би окремо».
У квантовій батареї це явище матиме дуже очевидну користь. Чим більше є разом молекул, що зберігають енергію, тим ефективніше вони зможуть поглинати цю енергію – іншими словами, чим більшим буде такий квантовий акумулятор, тим швидше він заряджатиметься.
Принаймні, так це має працювати в теорії. Аби довести це та продемонструвати можливість створення квантових супер-батарей надвеликої потужності із надшвидким заряджанням, група вчених з Університет Аделаїди, США, провели дослідження, про яке було нещодавно опубліковано в журналі Science Advances.
Щоб створити свій тестовий пристрій, який доводить практичне існування явища «суперпоглинання», що можна використати для накопичення енергії, дослідники помістили активний шар світлопоглинаючих молекул люмінесцентного барвника «Lumogen-F Orange» в мікропорожнину між двома дзеркалами.
«Дзеркала в цій мікропорожнині були виготовлені за стандартною технологією для виготовлення високоякісних дзеркал», – пояснив Куач. «Декілька шарів діелектричних матеріалів, що чергуються між собою, – діоксиду кремнію та п’ятиоксиду ніобію – було використано для створення так званого «розподіленого рефлектора Брегга». Це є дзеркалами, які відбивають набагато більше світла, ніж звичайне металеве/скляне дзеркало. Це важливо, аби світло залишалося всередині порожнини якомога довше».
Потім команда використала надшвидку спектроскопію перехідного поглинання, щоб виміряти, як саме молекули барвника зберігають енергію і як швидко заряджається весь пристрій. І, очікувано, зі збільшенням розміру мікропорожнини та кількості молекул час зарядки зменшувався, демонструючи явище «суперпоглинання».
Цей науковий прорив може відкрити шлях для практичного створення квантових батарей, які можуть використовуватися для швидкої зарядки електромобілів або для створення мережевих систем зберігання енергії, які можуть впоратися зі швидкою компенсацією сплесків надлишкової генерації енергії з відновлюваних джерел чи стабілізації напруги й частоти в загальній електромережі.
«Ідея тут є доказом принципу, що в такому пристрої можливе посилене поглинання енергії, в даному разі – енергії світла», – додав Куач. «Однак ключовим завданням є подолання розриву між підтвердженням дії принципу для маленького пристрою та використанням тих самих ідей у більших масштабах, придатних для практичного застосування. Наші наступні кроки – дослідити, як це можна поєднати з іншими способами зберігання та передачі енергії, щоб створити практично корисні швидкі акумулюючі пристрої».
Джерело: newatlas
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 3 104 / 2022-01-25 09:57:36
