В условиях растущего спроса на энергию и экологических требований поиск инновационных решений становится как никогда актуальным. Батареи, являющиеся неотъемлемым элементом нашей повседневной технологической жизни, находятся в центре этих инноваций. Среди них особо выделяются квантовые батареи, предлагающие перспективы беспроводной зарядки и оптимальной эффективности.
Согласно результатам недавнего исследования, проведенного Университетом Ланьчжоу (Китай), они могут никогда не терять своей эффективности, в отличие от традиционных батарей, которые быстро изнашиваются и со временем теряют свою автономность. Это достижение может раздвинуть границы того, что мы считали возможным в области хранения энергии. Исследование размещено на платформе и ожидает рецензирования.
Квантовая механика: основа завтрашних аккумуляторов
Квантовая механика, часто воспринимаемая как сложная и абстрактная, изучает поведение частиц в чрезвычайно малых масштабах — атомов и субатомных частиц. В этом масштабе классические законы физики перестают действовать, что приводит к удивительным, а иногда и противоречащим интуиции явлениям.
Именно эта особенность используется в квантовых батареях. Используя принципы квантовой механики, эти батареи способны накапливать энергию не так, как обычные батареи. Такой способ хранения позволяет высвобождать энергию быстрее и эффективнее.
Хотя растущий интерес к квантовым батареям проявляется недавно, важно отметить, что научные основы этой технологии были заложены несколько лет назад. В различных публикациях на эту тему выделяется главная особенность квантовых батарей: их исключительная зарядная емкость.
В то время как обычные батареи имеют вполне определенные пределы по емкости и скорости зарядки, квантовые батареи, похоже, открывают путь к гораздо более высоким показателям. Эксперты сходятся во мнении, что эта технология может пересмотреть существующие стандарты, открывая доселе неизведанные возможности в области хранения энергии.
Инновационные методы зарядки
Однако такие батареи чувствительны к внешним воздействиям, что может привести к потере зарядной емкости или снижению эффективности с течением времени. Цзюнь-Хонг Ан, ведущий автор данного исследования, и его сотрудники попытались решить эту проблему, предложив новый метод зарядки.
Вместо традиционного метода, при котором аккумулятор и зарядное устройство находятся в непосредственном физическом контакте, команда Цзюнь-Хонг Аня исследовала другой подход. Они применили «волновод», представляющий собой прямоугольный металлический канал. Внутри этого канала создается электромагнитное поле.
Аккумулятор и зарядное устройство размещаются в разных точках внутри этой трубы, не соприкасаясь друг с другом. Электромагнитное поле в волноводе позволяет заряжать аккумулятор даже без непосредственного контакта с зарядным устройством. Именно это взаимодействие между полем, батареей и зарядным устройством внутри волновода обеспечивает беспроводную и эффективную зарядку квантовых батарей.
Эффективность квантовых батарей — это только вершина айсберга. Они могут привести к созданию менее объемных устройств, подходящих для нового поколения более тонких и легких приборов. Еще одной сильной стороной квантовых батарей является их долговечность. В отличие от обычных батарей, которые со временем ослабевают, квантовые батареи могут сохранять свою работоспособность в течение длительного времени, что снижает необходимость их частой замены.
Препятствия, которые необходимо преодолеть
Широкое внедрение квантовых батарей — не пустая формальность. Одна из главных проблем — крупномасштабное производство. Хотя принципы работы уже разработаны, переход от теории к промышленной практике требует технических доработок и инноваций.
Так, Цзюнь-Хонг Ан и его команда планируют интегрировать в свою зарядную систему больше устройств и даже провести экспериментальные испытания с использованием небольших дефектных алмазов, уже применяемых в квантовой связи.
Для оценки рисков необходимы дальнейшие исследования. Также необходимо оценить экологический след квантовых батарей, начиная с момента их производства и заканчивая окончанием срока службы, чтобы убедиться, что они действительно способствуют более устойчивому будущему.