CSIRO kuantum bilimi araştırmacısı James Quach liderliğindeki ekip tarafından geliştirilen prototip, kuantum fiziğinde süperabsorpsiyon (superabsorption) olarak adlandırılan bir etkiden yararlanıyor. Bu yaklaşımda sisteme dahil olan moleküllerin sayısı arttıkça enerjinin emilme hızı da artıyor. Bu, geleneksel bataryaların tam tersine işaret ediyor. Klasik bataryalarda kapasite büyüdükçe şarj süresi de genel olarak uzuyor.

Moleküller enerjiyi birlikte emiyor

Kuantum bataryanın temelinde yaklaşık 100 nanometre aralıkla yerleştirilmiş iki aynadan oluşan optik bir mikro boşluk bulunuyor. Aynaların arasındaki alan organik boya molekülleriyle dolduruluyor. Boşluğa yönlendirilen lazer, ışık ile moleküllerin güçlü biçimde etkileşmesini sağlıyor.

Bu etkileşim sonucunda ışık ve maddenin özelliklerini birlikte taşıyan hibrit durumlar meydana geliyor. Moleküller klasik bir sistemde olduğu gibi enerjiyi birbirlerinden bağımsız şekilde emmek yerine kolektif olarak tepki veriyor. Süperabsorpsiyon etkisinin temelini de bu kolektif davranış oluşturuyor.

Ayrıca Bkz.Bataryaların yangın sorunu çözülüyor: Yanmaz sodyum batarya testi geçti

Quach ve ekibi süperabsorpsiyonun kullanılabileceğini ilk olarak 2022 yılında göstermişti. Yeni çalışmada ise araştırmacılar bu sisteme depolanan enerjiyi elektrik akımına dönüştüren bir yapı ekledi.

Üretilen akım şimdilik oldukça küçük. Buna rağmen enerjinin kuantum bataryaya çok hızlı biçimde aktarılmasının ardından sistemden elektrik olarak çıkarılabileceği gösterilmiş oldu.

Bu önemli çünkü kuantum bataryaların amacı da geleneksel bataryalardan daha fazla enerji depolamak değil. Bu teknolojinin asıl potansiyeli, enerjiyi çok daha hızlı şarj etmek ve ihtiyaç duyulan anda daha hassas biçimde aktarabilmek olarak görülüyor.

Telefonlara gelmeyecek, en azından uzun bir süre

Bununla birlikte prototip yalnızca birkaç milyar elektronvolt düzeyinde enerji depolayabiliyor ve bunu çok kısa süre koruyor. Dolayısıyla teknolojinin akıllı telefon, dizüstü bilgisayar veya elektrikli araç bataryalarının yerini alması şimdilik mümkün değil.

Araştırmacılar bu sorunu aşmak için kuantum ve klasik bileşenleri birleştiren hibrit bir tasarım üzerinde çalışıyor. Kuantum bölümünün hızlı şarj, klasik katmanların ise daha uzun süreli enerji depolama sağlaması hedefleniyor. Ekip ayrıca birden fazla mikroskobik bataryayı birbirine bağlamayı da planlıyor.

Prototipin önemli avantajlarından biri oda sıcaklığında çalışabilmesi. Bazı kuantum batarya tasarımlarında kullanılan süperiletken sistemler ise -150°C'nin altında çalışmak zorunda. Bu nedenle optik mikro boşluk yaklaşımı günlük kullanım açısından daha uygulanabilir bir seçenek sunuyor.

Araştırmacılara göre kuantum bataryaların asıl potansiyeli daha fazla enerji depolamak değil, enerjiyi çok daha hızlı ve kontrollü biçimde aktarmak. Bu nedenle ilk kullanım alanlarının akıllı telefonlar yerine kuantum bilgisayarlar gibi özel donanımlar olması bekleniyor.