انقلاب در صنعت ذخیره‌سازی انرژی

باتری‌هایی که با یک دقیقه شارژ می‌توانند سال‌ها کار کنند

کد خبر: ۸۳۵۱۵۵

تاریخ: ۰۷ خرداد ۱۴۰۵ - ۱۵:۳۳

به گزارش ایران اکونومیست؛ دانشمندان برای نخستین بار موفق به ساخت و آزمایش یک نمونه اولیه و کاربردی از «باتری کوانتومی» شده‌اند که چرخه کامل شارژ و دشارژ را با موفقیت پشت سر گذاشته است؛ دستاوردی بزرگ که پتانسیل تجاری‌سازی باتری‌هایی با سرعت شارژ فوق‌العاده بالا و ماندگاری چندساله را نوید می‌دهد و می‌تواند آینده خودروهای برقی، پهپادها و رایانش کوانتومی را دگرگون کند.

_باتری‌ها نیروی محرکه طیف وسیع و رو به رشدی از دستگاه‌ها و لوازم خانگی هستند، اما باتری‌های امروزی همچنان با محدودیت‌هایی در زمینه مدت‌زمان شارژدهی و مدت‌زمان مورد نیاز برای شارژ مواجهند. اگرچه سریع‌ترین گوشی‌های هوشمند امروزی می‌توانند در کمتر از ۱۰ دقیقه شارژ شوند، اما همچنان در شرایط استفاده معمولی، پس از یک روز یا کمی بیشتر، شارژ آن‌ها تمام می‌شود. با این حال، پیشرفت‌های جدید در فناوری باتری‌های کوانتومی در حال هموار کردن مسیر برای باتری‌هایی در آینده است که هم بسیار طولانی‌تر دوام می‌آورند و هم بسیار سریع‌تر از امروز شارژ می‌شوند.

یک پژوهش جدید که در نشریه علمی «Light: Science and Applications» منتشر شده است، به تفصیل شرح می‌دهد که چگونه محققان موفق به توسعه اولین نمونه اولیه و کاربردی از یک باتری کوانتومی شده‌اند؛ باتری ویژه‌ای که شارژ شد، انرژی را ذخیره کرد و سپس تخلیه (دشارژ) گردید. با انجام این کار، این دستگاه یک چرخه کامل باتری را تکمیل کرد و به اولین نمونه اولیه باتری کوانتومی تبدیل شد که جهش بزرگ از قلمرو تئوری به واقعیت را محقق ساخته است.

برای آزمایش این نمونه اولیه، محققان ابتدا باتری را با استفاده از لیزر شارژ کردند که این فرآیند تنها چند فمتوثانیه به طول انجامید. برای درک بهتر این موضوع، باید گفت که هر فمتوثانیه معادل یک میلیونیم از یک میلیاردیم ثانیه است. این سرعت شارژِ به شدت سریع و غیرقابل تصور، به لطف ویژگی‌های منحصربه‌فرد باتری‌های کوانتومی امکان‌پذیر شده است؛ باتری‌هایی که وقتی ظرفیت‌شان بزرگ‌تر می‌شود، سریع‌تر شارژ می‌شوند. برخلاف باتری‌های معمولی، مولکول‌ها در باتری‌های کوانتومی تحت تأثیر یک اثر جمعی قرار دارند که به آن‌ها اجازه می‌دهد انرژی را با کارایی و بازدهی بسیار بالاتری ذخیره کنند.
سپس مشاهده شد که این نمونه اولیه و کوچک از باتری، شارژ خود را برای مدت‌زمانی حدود شش مرتبه بزرگ‌تر (شش رقم توان ده) نسبت به زمان صرف‌شده برای شارژ، نگه می‌دارد و پس از آن دشارژ می‌شود. کل این فرآیند از شروع شارژ تا تخلیه کامل تنها کسری کوچک از یک ثانیه طول کشید، اما محققان این فرضیه را مطرح کرده‌اند که این فناوری جدید می‌تواند روزی در مقیاس بزرگ‌تر برای ساخت باتری‌هایی در سطح تجاری مورد استفاده قرار گیرد.

دکتر کواچ (Dr James Quach)، محقق اصلی این پژوهش، در گفتگو با روزنامه گاردین اعلام کرد که یک باتری به اندازه کافی بزرگ با ویژگی‌های مشابه این نمونه اولیه، می‌تواند تنها در یک دقیقه شارژ شود و برای چندین سال شارژ بماند. از آنجایی که این نمونه اولیه با استفاده از لیزر شارژ شده است، نیازی به تماس فیزیکی باتری با یک پایانه یا ترمینال شارژ نیز نخواهد بود. او به عنوان مثال به یک پهپاد اشاره کرد و گفت: «شما می‌توانید آن را در حین پرواز شارژ کنید» و افزود: «هنگامی که این فناوری به بلوغ و تکامل برسد [...] دیگر نیازی نخواهد بود که خودروی خود را برای شارژ کردن متوقف کنید.»

اگرچه این فناوری جدید ممکن است پتانسیل بسیار بالایی داشته باشد، اما مالکان خودروهای برقی نباید انتظار داشته باشند که در آینده‌ای نزدیک، شارژرهای خانگی سیمی و شارژرهای سریع جاده‌ای خود را کنار بگذارند. نمونه اولیه باتری فعلی تنها قادر است شارژ را برای چند میلیاردیم ثانیه نگه دارد و فقط می‌تواند مقدار بسیار کمی از شارژ را در خود ذخیره کند. با این وجود، این دستاورد یک پیشرفت هیجان‌انگیز دیگر در زمینه تحقیقات کوانتومی به شمار می‌رود؛ حوزه‌ای که در سال‌های اخیر شاهد خلق انواع دیگری از فناوری‌های به ظاهر غیرممکن توسط دانشمندان بوده است.

در سال ۲۰۲۵، دانشمندان دانشگاه آکسفورد موفق شدند با استفاده از پدیده درهم‌تنیدگی میان کیوبیت‌ها، راهی برای تله‌پورت (دوربردی) داده‌ها بین دو کامپیوتر کوانتومی ابداع کنند. اگر نمونه اولیه باتری کوانتومی واقعاً بتواند به مقیاس‌های بزرگ‌تر ارتقا یابد، به احتمال زیاد پیش از آنکه برای طیف وسیع‌تری از کاربردها بومی‌سازی و سازگار شود، ابتدا در محاسبات و رایانش کوانتومی مورد استفاده قرار خواهد گرفت.