Avustralya Ulusal Bilim Kurumu CSIRO bünyesindeki James Quach liderliğindeki araştırma ekibi, enerjiyi saniyenin katrilyonda biri kadar kısa sürede emebilen deneysel bir kuantum batarya prototipi geliştirdi. Bu yeni teknoloji, geleneksel bataryalara kıyasla önemli ölçüde daha hızlı şarj imkanı sunarken, henüz tüketici elektroniği veya elektrikli araçlar gibi alanlarda kullanıma hazır değil.
Geliştirilen prototip, ‘süper soğurma’ adı verilen bir kuantum etkisinden faydalanıyor. Bu yöntemde moleküller, enerjiyi birbirinden bağımsız olarak değil, topluca emiyor. Sisteme eklenen molekül sayısı arttıkça enerji emme hızı da yükseliyor. Bu, boyutu büyüdükçe şarj süresi uzayan geleneksel bataryalardan farklı bir çalışma prensibi sunuyor.
Batarya, yaklaşık 100 nanometre mesafede bulunan iki ayna arasındaki optik bir mikro boşluk kullanıyor. Organik boya moleküllerinin yerleştirildiği bu boşluğa lazer ışığı gönderildiğinde, ışık ile moleküller arasında güçlü bir etkileşim oluşuyor. Bu etkileşim, ‘hibrit ışık-madde’ durumları yaratarak moleküllerin enerjiyi topluca emmesini sağlıyor.
Quach’ın ekibi, süper soğurma etkisini ilk kez 2022’de göstermişti. Yeni çalışmada ise depolanan enerjiden elektrik akımı elde etmeyi başardılar. Akım düşük seviyede olsa da, kuantum bataryanın enerjiyi sadece emmekle kalmayıp, elektrik akımı şeklinde dışarı verebildiğini kanıtlıyor. Prototip, şarj süresinden yaklaşık altı büyüklük mertebesi daha uzun süre enerji depolayabiliyor; yani femtosaniyelerle şarj olup nanosaniyelerle enerji tutabiliyor.
Kuantum bataryaların geleneksel bataryalarla rekabeti, sadece daha fazla enerji depolamakla sınırlı kalmayacak. Teknolojinin asıl üstünlüğü, olağanüstü hızlı şarj olabilmesi ve enerjiyi hassas bir şekilde aktarabilme yeteneğinde yatıyor.
Deneysel batarya, yalnızca birkaç milyar elektronvolt düzeyinde enerji depolayabiliyor. Bu kapasite, günlük kullanıma uygun bir güç kaynağı için yeterli değil. Enerjinin sadece nanosaniyeler boyunca tutulabilmesi de pratik kullanımın önündeki en büyük zorluklardan biri olarak öne çıkıyor. Gerçek bir güç kaynağı için kapasitenin artırılması ve depolama süresinin uzatılması gerekiyor.
James Quach, ekibinin bu sınırlamaları aşmak için hibrit bir tasarım geliştirdiğini belirtti. Bu tasarım, hızlı şarj için kuantum bileşenlerini, uzun süreli enerji depolama için ise klasik katmanları birleştiriyor. Araştırmacılar ayrıca çok sayıda mikroskobik bataryayı birbirine bağlamayı hedefliyor.
Optik mikro boşluk tabanlı prototipin önemli bir avantajı oda sıcaklığında çalışabilmesi. Bazı alternatif kuantum batarya tasarımları ise -150°C altı gibi çok düşük sıcaklıklar gerektiriyor. Kuantum bataryaların ilk pratik kullanım alanı, tüketici elektroniği yerine kuantum donanımları olabilir.
