تطوير نموذج بطارية كمومية فائقة السرعة لاول مرة
كشفت دراسة حديثة عن تطوير نموذج أولي لبطارية كمومية فائقة السرعة في الشحن، مستفيدة من الخصائص الفريدة للمواد الكمومية كالتراكب والتشابك، والتي تستخدم عادة في الحواسيب الكمومية. وأظهرت الدراسة إمكانية توظيف هذه الخصائص في مجال الطاقة لصنع بطاريات ذات ديناميكية شحن مختلفة جوهريا.
وأوضح جيمس كواك من مؤسسة CSIRO، الذي يعمل على المشروع منذ عام 2018، أن النسخة الأولى من البطارية كانت قادرة على تخزين الشحن فقط. وأضاف أن النموذج الأولي الجديد يحل مشكلة التفريغ، مما يسمح للبطارية بتخزين الطاقة وإطلاقها على حد سواء.
وبين كواك أن هيكل البطارية يتكون من تجويف عضوي متعدد الطبقات، حيث تصنع كل طبقة من مواد قادرة على احتجاز الضوء وتحويله إلى طاقة كهربائية. وأشار إلى أن الشحن يتم باستخدام ليزر لاسلكي، ويتيح التحليل الطيفي مراقبة العملية على مستوى الطبقات الفردية.
وأكد الباحثون أن الشحن الجماعي هو سمة مميزة للبطارية الكمومية. فإذا كانت البطارية مكونة من 4 خلايا، ويتم شحن كل خلية على حدة في ثانية واحدة، فعند تشغيل جميع الخلايا معا، ستشحن البطارية بالكامل في حوالي نصف ثانية. وإذا كان عدد الخلايا 9، فسيستغرق الشحن ثلث ثانية. وكلما زاد عدد الخلايا ازداد الشحن الإجمالي. وأوضحوا أن زيادة عدد الخلايا لا تبطئ العملية بل تسرعها، على عكس البطاريات الكيميائية الكبيرة الحجم التي تحتاج إلى وقت أطول للشحن.
ويعمل الباحثون حاليا على زيادة السعة والثبات لاستخدام البطاريات الكمومية في السيارات الكهربائية أو لنقل الطاقة لاسلكيا لمسافات. وقال كواك إن هدفه الرئيسي هو الوصول إلى مستقبل يمكن فيه شحن السيارات الكهربائية بشكل أسرع من تزويدها بالوقود. كما يدرس العلماء تطبيقات هذه البطاريات في الأجهزة القابلة للارتداء، والطائرات بدون طيار، والمركبات الفضائية.
وعلى الرغم من الخصائص المذهلة، فإن النماذج الأولية الحالية تمتلك طاقة صغيرة للغاية حيث لا تتجاوز بضعة مليارات من الإلكترون فولط، وهو ما لا يكفي حتى لشحن هاتف ذكي. وعلاوة على ذلك، يمكن للبطارية الاحتفاظ بالشحن لبضع نانوثوان فقط. وهذا يعني أن البطارية لا تزال في مرحلة إثبات المفهوم وليس في مرحلة تطوير نموذج جاهز للتطبيق العملي. ونشرت نتائج الدراسة في مجلة Light: Science & Applications.
