Австралийские учёные сделали батарею, которая заряжается быстрее всего на свете

Австралийские ученые создали, по их словам, первый в мире прототип квантовой батареи, который проходит полный цикл работы: получает заряд, хранит энергию и затем отдает накопленное. Пока разработка остается лабораторным proof of concept с крайне скромной емкостью, но работа показывает, что квантовая батарея перестала быть чисто теоретической идеей.

Команда CSIRO, национального научного агентства Австралии, описала установку в статье для журнала Light: Science and Applications. Как пишет The Guardian, прототип заряжается беспроводным способом при помощи лазера. Руководитель исследования Джеймс Куач назвал установку первым образцом, который демонстрирует полный цикл батареи, а не только быструю зарядку.

Раньше группа уже показывала ключевое свойство квантовой батареи. В 2022 году исследователи продемонстрировали ускоренную зарядку за счет коллективных эффектов, но тот образец не позволял извлекать запасенную энергию. Новый вариант решает именно эту задачу, хотя до практического применения еще очень далеко.

Экспериментальная установка заряжается за фемтосекунды, то есть за квадриллионные доли секунды, а удерживает энергию в течение наносекунд. Разница между временем зарядки и временем хранения составляет шесть порядков. Куач пояснил сравнение на бытовом примере: если перенести такое соотношение на обычный аккумулятор, минута зарядки соответствовала бы хранению энергии примерно в течение нескольких лет.

Ёмкость прототипа составляет лишь несколько миллиардов электрон-вольт. По словам Куача, такого запаса недостаточно для питания хоть сколько-нибудь полезного устройства. Следующий шаг связан не со скоростью зарядки, а с увеличением времени хранения. Без этого технология не выйдет за пределы лаборатории.

Главное отличие от обычных аккумуляторов связано с масштабированием. У химических батарей время зарядки растет вместе с размером. Квантовая батарея ведет себя иначе: чем больше квантовых ячеек участвует в процессе, тем быстрее идет зарядка. Такой эффект исследователи связывают с коллективной работой ячеек, описываемой законами квантовой механики.

В перспективе технология может пригодиться не только в классической электронике, но и в квантовых вычислениях. Куач также говорит о дистанционной зарядке, например для дронов, которые могли бы получать энергию прямо в полете. Более далекий сценарий связан с электромобилями, где пополнение заряда могло бы происходить без остановки.

Профессор Эндрю Уайт из Университета Квинсленда, не участвовавший в проекте, назвал результат хорошей демонстрацией того, что квантовая батарея стала не просто идеей, а работающим прототипом. При этом Уайт не ожидает появления таких систем в электромобилях в ближайшее время и считает, что первым практическим направлением могут стать квантовые компьютеры, где особенно важна согласованная и экономная подача энергии.

CSIRO уже ищет партнеров для дальнейшей разработки. Главный барьер на нынешнем этапе предельно понятен: ученым нужно не только сохранять рекордную скорость зарядки, но и научиться удерживать накопленную энергию заметно дольше нескольких наносекунд.