科学家揭晓了一款打破传统充电规则的量子电池

澳大利亚国家科学机构CSIRO的科学家们研制出一种量子电池原型，其充电速度随电池体积增大而加快——这与传统电池的情况恰恰相反。研究人员还证明该设备能够产生电流，使这一概念向可实际应用的储能系统又迈进了一步。

这款不同寻常的电池由量子科学家詹姆斯·夸克（James Quach）及其团队研发。它不依赖化学反应，而是利用量子效应来吸收和存储能量。该原型机基于一个光学微腔，由两面间距约100纳米的微型镜片组成——其厚度仅为人发粗细的千分之一左右。 两面镜子之间的空间填充着有机染料分子，并被激光照射。

光与分子之间的相互作用产生了被称为极化子的混合光-物质态。这还会产生一种称为“超吸收”的现象，在此现象下，分子开始集体行动，而非独立吸收能量。 分子数量越多，吸收能量的速度就越快——这意味着更大的量子电池充电速度会比小电池更快。

该原型机可在飞秒内完成充电，并能将储存的能量保持数纳秒，这比充电过程长约一百万倍。 然而，其储能能力目前仍十分有限，仅为几十亿电子伏特，因此将此类电池应用于智能手机或电动汽车，目前还远非现实。

最新的突破在于，研究人员增加了一层新结构，从而能够从量子电池中提取电流。 研究团队目前仍在分析实验结果，并计划在科学论文中公布详细内容。

该方法的一大优势在于可在室温下工作。其他基于超导材料的量子电池设计则需要约−150 °C以下的温度，这使得它们在非专业环境中的实用性大打折扣。

因此，量子电池最可能的早期应用领域是量子计算。Quach认为，这项技术最终有望降低量子计算机的能耗，同时提高其运行速度并减少错误率，从而有助于推动该技术的大规模应用。

最大的挑战依然是如何以稳定、可控且有用的形式提取存储的量子能量。 科学家们还警告说，量子效应非常脆弱，容易受到环境干扰。研究人员正在探索一种混合设计，将用于快速充电的量子组件与能够长期储存能量的传统层相结合。

然而，最新的实验证明了一点，从传统电池的角度来看，这听起来几乎有些荒谬：电池越大，充电速度反而越快。