Так звані квантові акумуляторні батареї мають величезний потенціал і здатні зробити революцію у галузі технологій акумулювання енергії. Як і всі квантові речі, квантові батареї мають одну парадоксальну властивість, чим більша сама батарея та її місткість, тим швидше вона буде заряджатися. І нещодавно група вчених-фізиків продемонструвала під час експерименту реалізацію принципу квантово-механічної суперадсорбції, принципу, який у майбутньому може стати основою роботи квантових батарей.
Дивний світ квантової механіки буквально наповнений явищами, які, як правило, здаються цілком неможливими. Навіть досить великі молекули можуть “переплестися” так, що вони починають демонструвати колективну поведінку, стаючи, по суті, квантовим об’єктом більшого масштабу. Така колективна поведінка торкається властивістю суперадсорбції (суперпоглинання), яка підвищує здатність молекули до поглинання фотонів світла і накопичення енергії.
“Суперадсорбція” є колективним квантовим ефектом, в якому безпосередньо залучені переходи між енергетичними станами молекул” – розповідає Джеймс Куач (James Quach), дослідник з університету Аделаїди, – “У цій справі бере безпосередню участь так звана конструктивна інтерференція, якій піддаються хвиль усіх довжин (світло, радіохвилі, звук і навіть механічні коливання). Така інтерференція відбувається, коли хвилі з різними довжинами складаються і надають більший вплив на навколишнє середовище, ніж хвилі тільки з однієї довжиною хвилі. у разі, якби кожна молекула працювала індивідуально”.
Квантова колективна поведінка молекул, що становлять робоче тіло акумуляторної батареї, призводить до появи озвученого на початку статті парадоксу – чим більша кількість молекул входить до складу батареї, тим більша її місткість і тим швидше вона може бути заряджена. Принаймні так все має працювати відповідно до теорії.
Однак ефект суперадсорбції до останнього часу був продемонстрований тільки в масштабах, які абсолютно не підходять для практичної реалізації квантових батарей. І лише недавно вченим вдалося зрушити все це з місця за допомогою нового експериментального пристрою. В основу цього пристрою ліг активний шар із молекул речовини-барвника Lumogen-F Orange, які досить легко адсорбують фотони світла. Цей шар був розташований в оптичній мікропорожнині між двома дзеркалами.
Дзеркала, що оточують оптичну порожнину, є не зовсім простими, вони складаються з шарів діелектричних матеріалів, що чергуються, діоксиду кремнію і п’ятиокису ніобію. Такі дзеркала називають розподіленими відбивачами Брегга (distributed Bragg reflector) і вони зображають набагато більше фотонів світла, ніж звичайні скляні дзеркала з металевим покриттям.
Потім, за допомогою технології надшвидкісної перехідної абсорбційної спектроскопії, дослідники провели вимірювання параметрів, що стосуються процесу акумулювання та зберігання енергії молекулами речовини Lumogen-F Orange. Але найцікавішим виявився момент, коли дослідники збільшили розмір оптичної порожнини та кількість ув’язнених у ній молекул поглинача. Час повної “зарядки” цього накопичувача оптичною енергією зменшився, демонструючи безпосередню роботу ефекту суперадсорбції.
І на закінчення слід зазначити, що дані дослідження, що стосуються квантових акумуляторних батарей, знаходяться на ранній стадії. Проте цими дослідженнями зараз закладається основа для створення практичних технологій, які в майбутньому зможуть забезпечити надзвичайно швидке заряджання електричних транспортних засобів, забезпечити високоефективне проміжне зберігання енергії з відновлюваних джерел тощо. Джерело