CSIRO ekibi, femtosaniyeler mertebesinde şarj olabilen deneysel kuantum batarya geliştirdi. Ancak, pratik kullanım için kapasite ve depolama süresi gibi önemli engeller devam ediyor.
Avustralya Ulusal Bilim Kuruluşu CSIRO’da James Quach liderliğindeki bir araştırma ekibi, enerjiyi femtosaniyeler mertebesinde emebilen deneysel bir kuantum batarya prototipi geliştirdi. Bu gelişme, kuantum bataryaların mobil cihazlar veya elektrikli araçlar gibi günlük kullanıma hazır hale gelmesinden uzak olduğunu gösteriyor. Prototip, enerjiyi son derece hızlı bir şekilde depolayabilme potansiyeli taşırken, pratik uygulamalar için kapasite ve depolama süresi gibi önemli engeller bulunuyor.
Araştırmacılar, “süper soğurma” olarak adlandırılan kuantum etkisinden yararlanarak bataryayı tasarladı. Bu sistemde moleküller, enerjiyi bireysel olarak değil, toplu halde emiyor. Sisteme daha fazla molekül eklendiğinde enerji emme hızı artıyor. Bu özellik, boyutu büyüdükçe şarj süresi uzayan geleneksel bataryalardan temel bir fark oluşturuyor.
Batarya, yaklaşık 100 nanometre mesafede iki ayna arasına yerleştirilmiş organik boya moleküllerini içeren optik bir mikro boşluk kullanıyor. Lazer ışığı ile moleküller arasındaki güçlü etkileşim, hibrit ışık-madde durumları yaratarak enerjinin toplu emilimini sağlıyor.
Quach’ın ekibi, 2022’de süper soğurmayı ilk kez gösterdikten sonra, yeni çalışmada depolanan enerjiden elektrik akımı elde etmeyi başardı. Akım düşük olsa da bu, kuantum bataryanın enerjiyi sadece emmekle kalmayıp, dışarı verebildiğini kanıtlıyor. Prototip, femtosaniyeler içinde şarj olup enerjiyi nanosaniyeler boyunca tutabiliyor. Kuantum bataryaların rekabet avantajı, yüksek enerji depolama kapasitesinden ziyade, çok hızlı şarj olabilmesi ve enerjiyi hassas biçimde aktarabilmesinde yatıyor.
Deneysel bataryanın mevcut kapasitesi, yalnızca birkaç milyar elektronvolt düzeyinde enerji depolayabiliyor. Bu miktar, gerçek dünya uygulamaları için yetersiz kalıyor. Enerjinin sadece nanosaniyeler boyunca tutulabilmesi de pratik kullanımın önündeki en büyük engel olarak öne çıkıyor. Bu sınırlamaların aşılması için kapasitenin artırılması ve depolama süresinin uzatılması gerekiyor.
Quach, ekibinin bu sorunları çözmek amacıyla hızlı şarj için kuantum bileşenleri ile uzun süreli depolama için klasik katmanları birleştiren hibrit bir tasarım geliştirdiğini belirtti. Araştırmacılar ayrıca, çok sayıda mikroskobik bataryayı birbirine bağlayarak daha yüksek kapasiteli sistemler oluşturmayı hedefliyor.
Optik mikro boşluk tabanlı prototipin oda sıcaklığında çalışabilmesi önemli bir avantaj sağlıyor. Bu durum, çok düşük sıcaklıklar gerektiren süperiletken kuantum batarya tasarımlarına göre üstünlük sunuyor. Kuantum bataryaların ilk pratik kullanım alanının tüketici elektroniği yerine kuantum donanımları olması bekleniyor. Uzmanlar, kuantum etkilerinin çevresel etkileşimlerle kolayca bozulabileceği ve günlük uygulamalarda geleneksel bataryaların yerini almasının zor olduğu görüşünü paylaşıyor.
