Naukowcy stworzyli pierwszą na świecie baterię kwantową. Przełom w energetyce

Dzisiejszymi standardami w bateriach są ogniwa litowo-jonowe (Li-ion) w elektronice użytkowej oraz NMC (nikiel-mangan-kobalt) i LFP (litowo-żelazowo-fosforanowe) w samochodach elektrycznych. Dzięki najnowocześniejszym rozwiązaniom w obu przypadkach można naładować akumulator do 100% nawet w kilkanaście minut, a niektóre smartfony - nawet poniżej 10 minut. Ale w zestawieniu z technologią kwantową wydaje się to wiecznością.

Międzynarodowy zespół inżynierów pod kierownictwem naukowców z australijskiej agencji CSIRO oraz RMIT University dokonał przełomu w dziedzinie technologii energetycznych. Skonstruował on pierwszy prototyp baterii kwantowej z pełnym cyklem operacyjnym. Urządzenie potwierdza przewidywania fizyki teoretycznej, według których systemy oparte na mechanice kwantowej mogą magazynować energię w tempie niewyobrażalnym dla tradycyjnych ogniw chemicznych.

Obecny prototyp akumulatora kwantowego jest niewielkich rozmiarów, ale jego twórcy optymistycznie patrzą w przyszłość. Bardzo możliwe, że dzięki zjawiskom kwantowym baterie telefonów będą ładować się w ciągu sekund, a pojazdy elektryczne - szybciej niż trwa tankowanie benzyny.

Baterie kwantowe, podobnie jak inne urządzenia wykorzystujące zjawiska na tym poziomie, mogą wydawać się sprzeczne z codzienną intuicją. Podczas gdy tradycyjne akumulatory, im są większe, tym dłużej się ładują, w świecie kwantowym zasada ta ulega odwróceniu. Dzieje się tak wskutek działania zjawisk takich jak superpozycja i splątanie kwantowe - które wykorzystywane są również w komputerach kwantowych, o czym pisaliśmy niedawno w GeekWeeku.

Dr James Quach, główny badacz w tym projekcie, udowodnił, że szybkość ładowania jest proporcjonalna do odwrotności pierwiastka kwadratowego z rozmiaru baterii. Oznacza to, że bateria 4-krotnie większa od mniejszego odpowiednika naładuje się w połowie jego czasu. "Moją ostateczną ambicją jest przyszłość, w której możemy ładować samochody szybciej, niż trwa tankowanie samochodów benzynowych, albo ładować urządzenia bezprzewodowo na dalekie dystanse" - stwierdził badacz w oświadczeniu na portalu naukowym ConnectSci.

Nowa konstrukcja, opisana także w czasopiśmie "Light: Science & Applications" należącym do Nature Portfolio, rozwiązuje też kluczowe problemy poprzednich modeli prototypowych, które traciły ładunek niemal natychmiast po naładowaniu. Co więcej, nie wymaga ona chłodzenia do ekstremalnie niskich temperatur, by zachować stabilność. "Nasze urządzenie proof-of-concept cechuje błyskawiczne, skalowalne ładowanie i magazynowanie energii w temperaturze pokojowej, kładąc fundament pod rozwiązania energetyczne następnej generacji" - dodaje Quach.

Jak dokładnie działa ta bateria kwantowa? Jak wyjaśniają autorzy, czerpie ona energię ze światła. Głównym elementem jest tzw. mikrownęka rezonansowa (ang. resonant microcavity), która wywołuje zjawisko silnego sprzężenia światło-materia (ang. light-matter coupling). Urządzenie potrafi efektywnie wychwytywać energię nawet przy niskim natężeniu światła i niespójnym oświetleniu, co sugeruje, że mogłoby działać w warunkach, w których tradycyjne technologie fotowoltaiczne tracą na wydajności.

O ile wcześniejsze baterie kwantowe miały problem z kontrolowanym uwalnianiem energii, często tracąc ją natychmiastowo, o tyle najnowszy prototyp jest w stanie oddawać energię elektryczną w sposób stabilny. Urządzenie konwertuje energię fotonów na prąd elektryczny, a jego architektura po raz pierwszy w historii tego typu urządzeń pozwoliła na przeprowadzenie pełnego cyklu ładowania i rozładowania. Choć wszystko to robi wrażenie i w końcu działa, to od prototypu do komercjalizacji jeszcze daleka droga.

Twórcy baterii uważają, że posiada ona potencjał zbliżenia się do efektywności bliskiej 100 proc., jeśli w odpowiedni sposób będą oni mogli kontrolować fotony. Co dalej? Inżynierowie liczą, że ich patent będzie masowo implementowany w urządzeniach codziennego użytku. Według ich obliczeń przy odpowiednim skalowaniu bateria kwantowa w smartfonie mogłaby zostać naładowana w zaledwie 20 sekund. Inżynierowie będą się też koncentrować na wydłużeniu czasu przechowywania energii, aby baterie kwantowe mogły stać się realną alternatywą dla ogniw litowo-jonowych.

Źródła:

1. Hymas, K., Muir, J.B., Tibben, D. et al. Superextensive electrical power from a quantum battery. Light Sci Appl 15, 168 (2026). DOI: 10.1038/s41377-026-02240-6
2. Yazgin, E. World's first quantum battery prototype. ConnectSci (2026).