باتریهای کوانتومی، باتریهایی با انرژی بی نهایت
وقتی کلمه “کوانتوم” را میشنوید، اغلب فیزیک مربوط به دنیای زیراتمی و پیشرفتهای رایانههای کوانتومی به ذهن میآید، اما فناوریهای نوظهور کوانتومی دیگری نیز وجود دارند که شایسته توجهاند. یکی از این فناوریها باتری کوانتومی است که با وجود اینکه نام آن در ابتدا ممکن است گیجکننده به نظر برسد، پتانسیل ناشناختهای برای راهحلهای انرژی پایدار و حتی ادغام احتمالی در خودروهای الکتریکی آینده دارد. این دستگاههای جدید در آیندهای نزدیک میتوانند در کاربردهای قابلحمل و کممصرف، بهویژه در مواقعی که فرصتهای شارژ محدود است، استفاده شوند.
در حال حاضر، باتریهای کوانتومی تنها به صورت آزمایشهای آزمایشگاهی وجود دارند و محققان در سراسر جهان در حال کار بر روی جنبههای مختلف این فناوری هستند، با این امید که روزی این جنبهها ترکیب شده و به یک کاربرد عملی و کاملاً عملیاتی منجر شوند. دانشجوی تحصیلات تکمیلی یوانبو چن و دانشیار یوشیهیکو هاسگاوا از دپارتمان مهندسی اطلاعات و ارتباطات دانشگاه توکیو در حال بررسی بهترین روش برای شارژ یک باتری کوانتومی هستند، و در اینجا زمان اهمیت پیدا میکند. یکی از مزایای باتریهای کوانتومی این است که باید بسیار کارآمد باشند، اما این موضوع به نحوه شارژ آنها بستگی دارد.
چن میگوید: “باتریهای کنونی برای دستگاههای کممصرف، مانند تلفنهای هوشمند یا حسگرها، معمولاً از موادی مانند لیتیوم برای ذخیره شارژ استفاده میکنند، در حالی که یک باتری کوانتومی از ذرات میکروسکوپی مانند آرایهای از اتمها استفاده میکند. در حالی که باتریهای شیمیایی تحت قوانین کلاسیک فیزیک عمل میکنند، ذرات میکروسکوپی ماهیتی کوانتومی دارند، بنابراین فرصتی برای بررسی روشهایی داریم که میتوانند قوانین شهودی ما درباره آنچه در مقیاس کوچک اتفاق میافتد را خم کرده یا حتی بشکنند. من بهخصوص به چگونگی عملکرد ذرات کوانتومی برای نقض یکی از بنیادیترین تجربیات ما، یعنی زمان، علاقهمند هستم.”
در همکاری با محقق گائویان ژو و پروفسور پنگ ژو از مرکز تحقیقات علوم محاسباتی پکن، این تیم با استفاده از دستگاههای نوری مانند لیزرها، لنزها و آینهها، روشهایی را برای شارژ باتری کوانتومی آزمایش کردند. اما روشی که آنها به آن دست یافتند نیازمند یک اثر کوانتومی بود که در آن رویدادها به صورت علّی به هم متصل نیستند، همانطور که در دنیای روزمره مشاهده میشود.
روشهای قبلی برای شارژ یک باتری کوانتومی شامل یک سری مراحل شارژ متوالی بود. اما در اینجا، تیم به جای آن از یک اثر کوانتومی جدید به نام «ترتیب علّی نامعین» یا ICO استفاده کرد. در قلمرو کلاسیک، علیت از یک مسیر واضح پیروی میکند، به این معنی که اگر رویداد A به رویداد B منجر شود، امکان اینکه B باعث A شود منتفی است. اما در مقیاس کوانتومی، ICO اجازه میدهد هر دو جهت علیت در چیزی که به عنوان برهمنهی کوانتومی شناخته میشود، وجود داشته باشند، به طوری که هر دو به طور همزمان میتوانند درست باشند.
چن گفت: «با استفاده از ICO، ما نشان دادیم که نحوه شارژ یک باتری که از ذرات کوانتومی ساخته شده است میتواند تأثیر چشمگیری بر عملکرد آن داشته باشد. ما افزایشهای بزرگی را هم در انرژی ذخیره شده در سیستم و هم در بازده حرارتی مشاهده کردیم. و برخلاف انتظار، ما اثر شگفتآور یک تعامل معکوس را کشف کردیم: یک شارژر با توان کمتر میتواند انرژیهای بیشتری را با کارایی بالاتر نسبت به یک شارژر با توان بالاتر و استفاده از همان دستگاه فراهم کند.»
پدیده ICO که تیم آن را بررسی کرد، میتواند فراتر از شارژ نسل جدید دستگاههای کممصرف کاربرد داشته باشد. اصول زیربنایی آن، از جمله اثر تعامل معکوسی که در اینجا کشف شده است، میتواند عملکرد سایر وظایفی را که شامل ترمودینامیک یا فرآیندهایی که انتقال حرارت دارند، بهبود بخشد. یک نمونه امیدوارکننده، صفحات خورشیدی است که در آنها تأثیرات حرارتی میتواند کارایی را کاهش دهد، اما ICO میتواند برای کاهش این اثرات و افزایش کارایی استفاده شود.
دیدگاهتان را بنویسید
می خواهید در گفت و گو شرکت کنید؟خیالتان راحت باشد :)