Nyckel takeaways
- Kvantbatterier kan en dag revolutionera branschen genom att erbjuda mindre storlekar och snabbare laddning.
- Men en expert säger att kvantbatterier kan vara «år eller decennier» från att driva din mobiltelefon.
- Lovande forskning pågår för att få ut mer av Li-Ion-batterikemin.
Dina prylar kan en dag få en betydande kraftökning tack vare kvantmekaniken. Forskare har meddelat ett genombrott inom kvantbatterier som så småningom kan revolutionera hur prylar presterar. Kvantbatterier kan vara mindre och laddas snabbare än nuvarande batterier. Den nya tekniken är bara ett sätt som batteriindustrin är redo att tänka om. «Från ett rent funktionellt perspektiv vill vi ha lättare prylar med mer lagringsutrymme, och ny batteriteknik kan ge oss båda», sa Mark Falinski, en miljöhållbarhetsforskare som inte var en del av den nyligen genomförda studien, till Lifewire i en e-postintervju.
Schrödingers batteri?
Forskare vid University of Adelaide i Australien hävdar att de har tagit ett avgörande steg för att göra kvantbatterier till verklighet. De säger att de bevisade konceptet superabsorption, en avgörande idé som ligger till grund för kvantbatterier, enligt en nyligen publicerad studie i tidskriften Vetenskapens framsteg. «Kvantbatterier, som använder kvantmekaniska principer för att förbättra sina möjligheter, kräver mindre laddningstid ju större de blir», säger James Q. Quach, en av studiens författare, i ett pressmeddelande. «Det är teoretiskt möjligt att laddningskraften hos kvantbatterier ökar snabbare än storleken på batteriet, vilket skulle kunna möjliggöra nya sätt att snabba upp laddningen.» För att bevisa konceptet med superabsorption byggde teamet waferliknande mikrohåligheter av olika storlekar som innehöll organiska molekyler. Varje mikrokavitet laddades med hjälp av en laser. «Det aktiva lagret i mikrohålrummet innehåller organiska halvledarmaterial som lagrar energin. Under den superabsorberande effekten av kvantbatterierna ligger tanken att alla molekyler agerar kollektivt genom en egenskap som kallas kvantsuperposition», säger Quach. Kvantsuperposition, en grundläggande princip inom kvantmekaniken, säger att ungefär som vågor i klassisk fysik, kan vilka två kvanttillstånd som helst läggas ihop («överlagda»), och resultatet kommer att bli ett annat giltigt kvanttillstånd. Men Falinkski varnade för att kvantbatterier kan vara «år eller decennier» från att driva din mobiltelefon. «Med detta sagt finns det många investeringar som läggs fram i kvantberäkningsutrymmet, och om samma investeringar drivs framåt i kvantbatterier kan vi göra verkliga framsteg i en snabbare takt», tillade han. Vi närmar oss den teoretiska gränsen för vad våra batterier kan lagra och återanvända.
Att driva innovationer
Behovet av ny batteriteknik är stort. År 2040 förväntas människors energiförbrukning ha ökat med 28 procent från 2015 års nivåer. Huvuddelen av kraften kommer fortfarande att komma från fossila bränslen med tillhörande kostnader för miljön. «Vi närmar oss den teoretiska gränsen för vad våra batterier kan lagra och återanvända,» sa Falinski. «Lithium-ion-batterier blir bättre och bättre, men vi kommer till en punkt där fysiken och kemin inte kan förbättra dem mycket mer.» Lovande forskning pågår för att få ut mer av Li-Ion-batteriets kemi, inklusive nya material som erbjuder löften om ökad energitäthet, effekttäthet, livslängd eller minskade kostnader är alla i olika utvecklingsstadier, Craig Lawrence, en cleantech-investerare som har en bakgrund inom batteriteknik, sa till Lifewire i en e-postintervju. Solid-state-batterier, en litium-metallbatteriteknik, kan erbjuda betydligt högre energitäthet än litiumjon, sa Lawrence.
«Vi har nästan oändlig datorkraft i fickan, men det är lika användbart så länge batteriet kan hålla det igång», tillade han. «Det är därför vi inte kan ha en smartphone som håller mer än ett dygn på en laddning eller en drönare som kan hålla i mer än 30-60 minuter.» Elcyklar är ett annat område som behöver en batteriöversyn. Enbart 2021 rapporterade New York City mer än 80 bränder kopplade till elcyklar och deras batterier. ZapBatt har skapat ett litium-titanat e-cykelbatteri som det hävdar är brandsäkert och kan laddas helt från 0 % till 100 % på 20 minuter istället för de vanliga 6 timmarna. «För enskilda konsumenter är det obekvämt och inte miljövänligt att vänta sex timmar på batteriladdning och att behöva byta batterier årligen», sa Charlie Welch, VD för ZapBatt, till Lifewire i en e-postintervju. «Med denna enorma ökning av e-cykelintresset måste batteritekniken fortsätta att utvecklas för att uppmuntra mer användning och förbättra säkerheten.»
