- يؤدي توسيع نطاق البطارية الكمومية إلى تقليل وقت الشحن مع زيادة الطاقة المخزنة
- تعمل التفاعلات الجزيئية الجماعية على تسريع نقل الطاقة إلى ما هو أبعد من الحدود الكلاسيكية للبطاريات التقليدية
- تزداد كثافة الطاقة مع نمو عدد الجزيئات المشاركة
يتبع تصميم البطارية التقليدي قاعدة يمكن التنبؤ بها حيث تؤدي زيادة الحجم إلى أوقات شحن أطول وتحقيق مكاسب متناسبة في السعة.
هذه البطارية الكمومية الناشئة تحطم هذا الافتراض، ليس بفارق بسيط، ولكن بطريقة تبدو غير متسقة بشكل أساسي مع الديناميكا الحرارية الكلاسيكية.
وفي دراسة نشرت في الضوء: العلوم والتطبيقاتيصف باحثون من CSIRO وRMIT هذا السلوك بأنه فائق التوسع، حيث يتحسن الأداء بشكل أسرع من نمو النظام.
يستمر المقال أدناه
عندما يكون الأكبر يعني أسرع، وليس أبطأ
وقال الباحث الرئيسي الدكتور جيمس كواتش من وكالة العلوم الوطنية الأسترالية: “لهذا السبب يستغرق هاتفك المحمول حوالي 30 دقيقة للشحن، بينما تستغرق سيارتك الكهربائية طوال الليل”.
“تتمتع البطاريات الكمومية بهذه الخاصية الغريبة حقًا، فكلما زاد حجمها، قل الوقت الذي تستغرقه في الشحن.”
تنبع هذه النتيجة من التفاعلات الكمومية الجماعية، حيث لم تعد المكونات الفردية تتصرف بشكل مستقل ولكنها تعمل بطريقة منسقة تعمل على تضخيم كفاءة نقل الطاقة.
يعتمد الجهاز على بنية تجويف صغير يحصر الضوء ويربطه بقوة مع الجزيئات العضوية مثل فثالوسيانين النحاس. عندما يدخل الضوء إلى هذه البيئة المحصورة، فإنه يشكل حالات هجينة تعرف باسم البولاريتونات.
هذا التفاعل ليس مجرد إضافة. ومع إدخال المزيد من الجزيئات، تزداد قوة الاقتران بشكل جماعي وليس خطيًا.
والنتيجة هي امتصاص طاقة أكثر كفاءة مع نمو عدد الجزيئات المشاركة. إن توسيع نطاق البطارية لا يؤدي إلى إبطائها، بل يؤدي إلى تسريع عملية الشحن بدلاً من ذلك.
على عكس النماذج الأولية السابقة، يدمج هذا التصميم طبقات تسمح باستخراج الطاقة كمخرجات كهربائية، مما يتيح دورة شحن وتفريغ كاملة.
تظهر القياسات التجريبية أن الشحن يحدث على فترات زمنية بالفيمتو ثانية – كوادريليون جزء من الثانية.
والأهم من ذلك، أن وقت الشحن يتناقص مع زيادة عدد الجزيئات، بينما ترتفع الطاقة المخزنة وذروة الطاقة، وهو ما يتحدى التوقعات الكلاسيكية، حيث تظل كثافة الطاقة ثابتة عادةً بغض النظر عن حجم النظام.
وبدلاً من ذلك، تزداد كثافة الطاقة جنبًا إلى جنب مع الشحن الأسرع، مما يعزز دور التأثيرات الكمية الجماعية.
بعد الشحن، تتحول الطاقة إلى حالة شبه مستقرة بدلاً من أن تتبدد على الفور.
تتحول الحالات المفردة المثارة إلى حالات ثلاثية من خلال التقاطع بين الأنظمة، مما يطيل عمر الطاقة المخزنة.
وتستمر هذه الحالات لمدة نانو ثانية، وهي فترة قصيرة، ولكنها أطول بكثير من مرحلة الإثارة الأولية.
ويتيح النظام أيضًا استخراج الطاقة من خلال طبقات نقل الشحنة المتكاملة، وتحويل الطاقة المخزنة إلى تيار كهربائي.
تزداد طاقة الخرج بشكل أكبر بشكل متناسب مع حجم النظام، مما يعكس نفس القياس الفائق.
في حين أن مكاسب الكفاءة لا تزال محدودة، فإن تحسين تحويل الفوتون إلى شحنة يشير إلى أن تصميم التجويف الدقيق يعزز الأداء.
يوضح هذا النموذج الأولي دورة تشغيلية كاملة داخل جهاز كمي واحد.
ومع ذلك، تظل الطاقة المخزنة صغيرة للغاية – فقط بضعة مليارات من الإلكترون فولت – وهي غير كافية للتطبيقات العملية.
اتبع TechRadar على أخبار جوجل و أضفنا كمصدر مفضل للحصول على أخبار الخبراء والمراجعات والآراء في خلاصاتك. تأكد من النقر على زر المتابعة!
وبالطبع يمكنك أيضًا اتبع TechRadar على TikTok للحصول على الأخبار والمراجعات وفتح الصناديق في شكل فيديو، والحصول على تحديثات منتظمة منا على واتساب أيضاً.
التعليقات