Anında Şarj Edilebilen Kuantum Batarya Geliştirildi, Ancak Küçük Bir Engel Var

Bilim insanları saniyenin katrilyonda biri kadar kısa bir sürede şarj olabilen ve ardından elektrik akımı üretebilen bir kuantum batarya prototipi geliştirdi. Henüz telefon, dizüstü bilgisayar veya elektrikli otomobil gibi cihazlarda kullanılabilecek kapasiteden oldukça uzak olan batarya, kuantum etkilerinin enerjinin çok hızlı aktarılmasını sağlayabileceğine dair önemli bir deneysel kanıt sunuyor.

Haberi okuduğunuz için teşekkürler, bizi takip etmeyi unutmayın!

CSIRO kuantum bilimi araştırmacısı James Quach liderliğindeki ekip, kuantum fiziğinde süperabsorpsiyon (superabsorption) adlı bir etkiden yararlanarak bir prototip geliştirdi. Bu yaklaşımda sisteme dahil olan moleküllerin sayısı arttıkça enerjinin emilme hızı da artıyor; bu durum, geleneksel bataryaların tam tersine işaret ediyor. Klasik bataryalarda kapasite büyüdükçe şarj süresi genellikle uzar.

Moleküller enerjiyi birlikte emiyor

Kuantum bataryanın temelinde, yaklaşık 100 nanometre aralıkla yerleştirilmiş iki aynadan oluşan optik bir mikro boşluk bulunuyor. Aynaların arasındaki alan organik boya molekülleriyle dolduruluyor. Boşluğa yönlendirilen lazer, ışık ile moleküllerin güçlü biçimde etkileşmesini sağlıyor.

Bu etkileşim sonucunda ışık ve maddenin özelliklerini birlikte taşıyan hibrit durumlar meydana geliyor. Moleküller klasik bir sistemde olduğu gibi enerjiyi birbirlerinden bağımsız şekilde emmek yerine kolektif olarak tepki veriyor. Süperabsorpsiyon etkisinin temelini de bu kolektif davranış oluşturuyor.

Sistem enerjiyi femtosaniye ölçeğinde, yani saniyenin katrilyonda biri kadar sürede emebiliyor. Depolanan enerji ise nanosaniler boyunca korunabiliyor. Bu süre, şarj süresinden yaklaşık altı kat daha uzun.

Quach ve ekibi, süperabsorpsiyonun kullanılabileceğini ilk olarak 2022 yılında göstermişti. Yeni çalışmada ise araştırmacılar, bu sisteme depolanan enerjiyi elektrik akımına dönüştüren bir yapı ekledi.

Üretilen akım şimdilik oldukça küçük. Buna rağmen enerjinin kuantum bataryaya çok hızlı biçimde aktarılmasının ardından sistemden elektrik olarak çıkarılabileceği gösterilmiş oldu.

Bu önemli çünkü kuantum bataryaların amacı da geleneksel bataryalardan daha fazla enerji depolamak değil. Bu teknolojinin asıl potansiyeli, enerjiyi çok daha hızlı şarj etmek ve ihtiyaç duyulan anda daha hassas biçimde aktarabilmek olarak görülüyor.

Telefonlara gelmeyecek, en azından uzun bir süre

Bununla birlikte prototip yalnızca birkaç milyar elektronvolt düzeyinde enerji depolayabiliyor ve bunu çok kısa süre koruyor. Dolayısıyla teknolojinin akıllı telefon, dizüstü bilgisayar veya elektrikli araç bataryalarının yerini alması şimdilik mümkün değil.

Araştırmacılar bu sorunu aşmak için kuantum ve klasik bileşenleri birleştiren hibrit bir tasarım üzerinde çalışıyor. Kuantum bölümünün hızlı şarj, klasik katmanların ise daha uzun süreli enerji depolama sağlaması hedefleniyor. Ekip ayrıca birden fazla mikroskobik bataryayı birbirine bağlamayı da planlıyor.

Prototipin önemli avantajlarından biri oda sıcaklığında çalışabilmesi. Bazı kuantum batarya tasarımlarında kullanılan süperiletken sistemler ise -150°C’nin altında çalışmak zorunda. Bu nedenle optik mikro boşluk yaklaşımı günlük kullanım açısından daha uygulanabilir bir seçenek sunuyor.

Araştırmacılara göre kuantum bataryaların asıl potansiyeli daha fazla enerji depolamak değil, enerjiyi çok daha hızlı ve kontrollü biçimde aktarmak. Bu nedenle ilk kullanım alanlarının akıllı telefonlar yerine kuantum bilgisayarlar gibi özel donanımlar olması bekleniyor.