Key takeaways
- Quantum-batterier kan en dag revolutionera branschen genom att erbjuda mindre storlekar och snabbare laddning.
- Men en expert säger att kvantbatterier kan vara "år eller decennier" från att driva din mobiltelefon.
- Lovande forskning pågår för att få ut mer av Li-Ion-batteriets kemi.
Dina prylar kan en dag få en betydande kraftökning tack vare kvantmekaniken.
Forskare har meddelat ett genombrott inom kvantbatterier som så småningom kan revolutionera hur prylar presterar. Kvantbatterier kan vara mindre och laddas snabbare än nuvarande batterier. Den nya tekniken är bara ett sätt som batteriindustrin är redo att tänka om.
"Från ett rent funktionellt perspektiv vill vi ha lättare prylar med mer lagringsutrymme, och ny batteriteknik skulle ha råd med oss båda", sa Mark Falinski, en miljöhållbarhetsforskare som inte var en del av den senaste studien, till Lifewire i en e-postintervju.
Schrödinger’s Battery?
Forskare vid University of Adelaide i Australien hävdar att de har tagit ett avgörande steg för att göra kvantbatterier till verklighet. De säger att de bevisade konceptet superabsorption, en avgörande idé som ligger till grund för kvantbatterier, enligt en nyligen publicerad studie i tidskriften Science Advances.
"Kvantbatterier, som använder kvantmekaniska principer för att förbättra sina möjligheter, kräver mindre laddningstid ju större de blir", James Q. Quach, en av studiens författare, sa i ett pressmeddelande. "Det är teoretiskt möjligt att laddningseffekten hos kvantbatterier ökar snabbare än batteriets storlek, vilket skulle kunna möjliggöra nya sätt att snabba upp laddningen."
För att bevisa konceptet med superabsorption byggde teamet waferliknande mikrohåligheter av olika storlekar som innehöll organiska molekyler. Varje mikrohålighet laddades med en laser.
"Det aktiva lagret i mikrokaviteten innehåller organiska halvledarmaterial som lagrar energin. Bakom den superabsorberande effekten av kvantbatterierna ligger tanken att alla molekyler verkar kollektivt genom en egenskap som kallas kvantsuperposition", sa Quach.
Kvantsuperposition, en grundläggande princip inom kvantmekaniken, säger att precis som vågor i klassisk fysik kan vilka två kvanttillstånd som helst läggas ihop ("överlagda"), och resultatet blir ett annat giltigt kvanttillstånd.
Men Falinkski varnade för att kvantbatterier kan vara "år eller decennier" från att driva din mobiltelefon.
"Med det sagt finns det många investeringar som görs i kvantberäkningsutrymmet, och om samma investeringar drivs framåt i kvantbatterier kan vi göra verkliga framsteg i snabbare takt", tillade han.
Vi närmar oss den teoretiska gränsen för vad våra batterier kan lagra och återanvända.
Powering Innovations
Behovet av ny batteriteknik är stort. År 2040 förväntas människors energiförbrukning ha ökat med 28 procent från 2015 års nivåer. Majoriteten av kraften kommer fortfarande från fossila bränslen med tillhörande kostnader för miljön.
"Vi närmar oss den teoretiska gränsen för vad våra batterier kan lagra och återanvända", sa Falinski. "Lithium-ion-batterier blir bättre och bättre, men vi kommer till en punkt där fysiken och kemin inte kan förbättra dem mycket mer."
Lovande forskning pågår för att få ut mer av Li-Ion-batteriets kemi, inklusive nya material som erbjuder löften om ökad energitäthet, effekttäthet, cykellivslängd eller minskade kostnader är alla i olika utvecklingsstadier, Craig Lawrence, en cleantech-investerare som har en bakgrund inom batteriteknik, berättade för Lifewire i en e-postintervju.
Solid-state-batterier, en litium-metallbatteriteknologi, kan erbjuda avsevärt högre energitäthet än litiumjon, sa Lawrence.
"Vi har nästan oändlig datorkraft i fickan, men det är lika användbart så länge batteriet kan hålla det igång", tillade han. "Det är därför vi inte kan ha en smartphone som räcker mer än ett dygn på en laddning eller en drönare som kan hålla i mer än 30-60 minuter."
E-cyklar är ett annat område som behöver en batteriöversyn. Enbart 2021 rapporterade New York City mer än 80 bränder kopplade till elcyklar och deras batterier. ZapBatt har skapat ett litium-titanat el-cykelbatteri som det hävdar är brandsäkert och kan laddas helt från 0 % till 100 % på 20 minuter istället för de vanliga 6 timmarna.
"För enskilda konsumenter är det obekvämt och inte miljövänligt att vänta sex timmar på batteriladdning och att behöva byta batterier årligen", sa Charlie Welch, VD för ZapBatt, till Lifewire i en e-postintervju. "Med denna enorma ökning av intresset för elcyklar måste batteritekniken fortsätta att utvecklas för att uppmuntra mer användning och öka säkerheten."
