CSIRO kuantum bilimi araştırmacısı James Quach liderliğindeki ekip, kuantum fiziğindeki “süperabsorpsiyon” etkisinden yararlanarak son derece hızlı şarj olabilen mikroskobik bir batarya üretti.

Prototip, enerjiyi femtosaniye ölçeğinde, başka bir ifadeyle saniyenin katrilyonda biri kadar kısa sürede emebiliyor. Bataryada depolanan enerji daha sonra elektrik akımı olarak sistemden alınabiliyor.

MOLEKÜLLER ENERJİYİ BİRLİKTE EMİYOR

Geliştirilen batarya, aralarında yaklaşık 100 nanometre mesafe bulunan iki aynadan oluşan optik mikro boşluk üzerine kuruldu. Aynaların arasına organik boya molekülleri yerleştirilirken, sisteme lazer ışığı yönlendirildi.

Işık ile moleküller arasındaki güçlü etkileşim, hem ışığın hem de maddenin özelliklerini taşıyan hibrit kuantum durumları oluşturdu. Moleküller enerjiyi ayrı ayrı emmek yerine birlikte hareket ederek kolektif biçimde depoladı.

Süperabsorpsiyon adı verilen bu etki sayesinde sisteme katılan molekül sayısı arttıkça enerji emme hızının da yükseldiği belirtildi. Klasik bataryalarda ise kapasitenin büyümesi genellikle daha uzun şarj süresi anlamına geliyor.

DEPOLANAN ENERJİ ELEKTRİĞE DÖNÜŞTÜRÜLDÜ

Quach ve ekibi, süperabsorpsiyon etkisinin kuantum bataryalarda kullanılabileceğini ilk kez 2022’de göstermişti. Yeni çalışmada sisteme, depolanan enerjiyi elektrik akımına çeviren ek bir yapı yerleştirildi.

Üretilen akım şimdilik oldukça düşük seviyede kaldı. Buna rağmen enerjiye çok kısa sürede yüklenebilen sistemden elektrik çıkışı alınabilmesi, teknolojinin uygulanabilirliği açısından önemli bir aşama olarak değerlendiriliyor.

Enerji femtosaniyeler içinde emilirken nanosaniyeler boyunca sistemde tutulabiliyor. Ancak bu süre ve depolanan enerji miktarı günlük elektronik cihazlar için yeterli değil.

TELEFON VE ELEKTRİKLİ ARAÇLAR İÇİN YETERSİZ

Prototip yalnızca birkaç milyar elektronvolt düzeyinde enerji depolayabiliyor. Bu nedenle mevcut sistemin akıllı telefon, dizüstü bilgisayar veya elektrikli otomobil bataryalarının yerini alması şimdilik mümkün görünmüyor.

Araştırmacılar, birden fazla mikroskobik bataryayı birbirine bağlamanın yanı sıra kuantum ve klasik bileşenleri buluşturan hibrit bir sistem üzerinde çalışıyor. Tasarımda kuantum bölümünün hızlı şarjı, klasik katmanların ise enerjinin uzun süre saklanmasını sağlaması hedefleniyor.

ODA SICAKLIĞINDA ÇALIŞABİLİYOR

Prototipin öne çıkan özelliklerinden biri oda sıcaklığında çalışması oldu. Süperiletken temelli bazı kuantum batarya sistemlerinin eksi 150 derecenin altındaki sıcaklıklara ihtiyaç duyması, günlük kullanımın önündeki önemli engeller arasında yer alıyor.

Araştırmacılara göre kuantum bataryaların temel avantajı daha fazla enerji depolamak değil, enerjiyi son derece hızlı ve kontrollü biçimde aktarabilmek. Bu nedenle teknolojinin ilk kullanım alanlarının telefonlardan önce kuantum bilgisayarlar gibi özel donanımlar olması bekleniyor.