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量子電池技術進入應用研究階段的拐點

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科技產業資訊室 (iKnow) - Kyle 發表於 2022年7月6日
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圖、量子電池技術進入應用研究階段的拐點

類似於大約十年前的量子運算發展,如今量子電池技術正接近一個拐點,其將從理論上的好奇心階段升級到工程挑戰階段。量子電池利用非常小的奇怪物理定律,獲得優於傳統電池的性能優勢。最近研究表明其在充電速度和無損儲存的優勢,讓其有望在未來三到五年內實現成長。

澳洲-義大利-英國的一個研究小組於2022年在《Science Advances》雜誌上發表了一篇關於感光染料分子(稱為Lumogen-F Orange)作為儲存單位的論文。研究人員限制不同大小組別的儲存單位在光學微腔(一種量子電池原型)中,並測量了光子能夠激發各個組別的速率。作為量子單位,每個染料分子都有自己的躍遷振幅,描述了它從基態躍遷到激發態的概率。當染料分子的躍遷振幅產生相互干擾狀態,量子電池就出現了。

量子電池的工作方式是,當你將它們置於「同調狀態」( coherent state )時,這些躍遷振幅會以「波」相互干擾,當它們以建設性相互干擾時會產生波峰,而當它們以破壞性相互干擾時會產生波谷。

相比之下,在傳統電池模式中,其將能量輸送到電池中的最快方式是通過並列充電配置,每個電池同時充電。在此設置中,電池的充電速度受到單一電芯充電速度的限制。

所以該團隊在他們的量子演示中發現,干擾將使整個電池的充電速度比傳統電池並列方式還要更快,這對於小型消費性電子產品到電動車和電網儲存系統都帶來了好處。

此外,韓國大田基礎科學研究所也正在研究這種超廣度(superextensive)充電速度的極限所在。2021年,他們在《Physical Review Letters》上發表了一篇論文,量化了量子充電優勢的界限,並表示量子充電速度與傳統充電速度還快。

另外,Alberta大學的科學家與多倫多大學合作,在2019年發表了一項研究,詳細介紹了這種破壞對稱性的擾動,以及量子電池如何利用它們進入黑暗狀態並實現無損能量儲存。與傳統的化學電池相比,帶電的激子量子電池在存在環境的情況下不會隨著時間的推移而‘放電’,這是系統量子特性的一個顯著特徵,使其能無損的儲存能量。

量子電池可能的拐點是研究人員處理該技術的方式發生了轉變,進而讓孤立的量子系統,從不與環境相互干擾,轉變成相互干擾,更接近真實情況。更重要的是,科學家終於發現量子運算與量子電池的問題是完全不同的,如此跳脫框架才為量子電池找到新商業應用的方式。

澳洲-義大利-英國的一個研究小組認為量子電池的首批應用之一將是光捕獲(Light Harvesting),它通過太陽提供假無所不在(pseudo-ubiquitous)的電源,巧妙地避開了充電功率的限制。他們打算通過擴大感光性量子電池的規模來擴展他現有的工作。如果資金足夠的話,三到五年即可進入消費性應用領域,進而對電動車帶來影響力。(1,022字)


參考資料:
What Quantum Batteries Have in Store. Semiconductor Engineering, 2022/6/22
 

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