Is deze kwantumbatterij de energierevolutie die we nu nodig hebben?
CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) ontwikkelde het prototype in samenwerking met de University of Melbourne en RMIT (via Science Daily). Dat moet aantonen dat kwantumeffecten licht razendsnel kunnen opslaan en omzetten in elektrische energie. De resultaten zijn gepubliceerd in ‘Light: Science & Applications’. Dit kan een doorbraak betekenen, gezien de onvoorstelbare laadsnelheden en efficiëntie van de energieopslag.
Zo’n kwantumbatterij werkt fundamenteel anders dan klassieke batterijen, die afhankelijk zijn van chemische reacties. Dit nieuwe systeem vervangt die reacties door de principes van de kwantummechanica, zoals superpositie en collectieve koppeling tussen licht en materie. Daardoor kan de batterij energie opnemen via ‘superabsorptie’. Opmerkelijk is dat de laadsnelheid zelfs toeneemt naarmate de batterij groter wordt. Dat is helemaal het omgekeerde van wat een klassieke batterij doet. Dat komt door een sterke koppeling tussen licht en materie in een microscopisch kleine holte, die de energieoverdracht efficiënter maakt dan in klassieke systemen.
Van nanoseconden naar jaren
In het laboratorium slaagden de onderzoekers erin het prototype draadloos op te laden via ultrakorte laserpulsen. Met behulp van geavanceerde spectroscopie konden ze vastleggen hoe de batterij in femtoseconden kon opladen en nanoseconden de lading kon opslaan. Dat klinkt vaag, maar betekent dat de energie zes grootordes van tijd langer opgeslagen blijft dan het opladen duurt. Dat komt door een overgang naar een metastabiele triplettoestand in het gebruikte organische materiaal (koperftalocyanine). Dat maakt het systeem niet alleen snel, maar ook verrassend stabiel. Breid je dat uit, dan kan je in theorie na een minuut te laden jaren voort op één batterijlading.
In dit experiment is voor het eerst een volledige cyclus van laden, opslaan en ontladen aangetoond. Nu zal het zaak zijn om de opslag te vergroten en onderzoeken wat mogelijk is. Die capaciteit waarbij grotere batterijen nog sneller opladen, zou daarbij cruciaal kunnen blijken. De mogelijkheden lijken enorm. Kwantumbatterijen zouden in de toekomst elektrische voertuigen in seconden kunnen opladen. Ook draadloos opladen tijdens het rijden lijkt een optie. Daarnaast kan deze batterij ook dienen voor kleinere elektronica, zoals smartphones, drones en kwantumcomputers.
Uiteraard zijn commerciële toepassingen nog niet voor morgen. Toch een kleine kanttekening: de onderzoekers slaagden er in amper een decennium in om van theorie naar een werkend prototype te gaan. Dat is uitzonderlijk snel. Als de ontwikkeling zich in dit tempo voortzet, zien we kwantumbatterijen binnen enkele jaren misschien wel in een van onze volgende telefoons opduiken. Maar er is nog een lange weg te gaan.
