Quantenbatterie lädt in Femtosekunden – ein Durchbruch?
Die Vorstellung, eine Batterie nahezu augenblicklich aufzuladen, wirkt wie Science-Fiction. Ein Forschungsteam hat jedoch bewiesen, dass eine Quantenbatterie Energie in einer unglaublich kleinen Zeitspanne – in einer Billionstel Sekunde – aufnehmen kann. Der Fortschritt, entwickelt von einem Team unter der Leitung von James Quach, einem Quantenwissenschaftler von CSIRO, stellt einen wichtigen Schritt für eine Technologie dar, die bisher hauptsächlich im theoretischen Bereich verblieben ist.
Das Prinzip der Superabsorption
Es gibt allerdings einen enormen Unterschied zwischen dem Erreichen eines ultraschnellen Ladevorgangs im Labor und der Herstellung einer Batterie, die ein Mobiltelefon tatsächlich betreiben kann. Das Geheimnis liegt in einem Phänomen, das als Superabsorption bekannt ist. Während bei einer herkömmlichen Batterie eine Vergrößerung in der Regel eine längere Ladezeit bedeutet, ist es bei diesem System genau umgekehrt: Je mehr Quantenelemente beteiligt sind, desto schneller kann Energie aufgenommen werden.
Der Prototyp verwendet eine winzige optische Kavität, die aus zwei Spiegeln besteht, die 100 Nanometer voneinander entfernt sind. Darin befinden sich Moleküle einer organischen Farbstoff, die mit dem Licht eines Lasers interagieren. Diese Interaktion führt dazu, dass die Moleküle kollektiv arbeiten und so eine außergewöhnlich schnelle Energietransfer ermöglichen.
Energie speichern und Strom erzeugen
Die Forscher konnten auch einen kleinen elektrischen Strom entnehmen, was besonders relevant ist, da es zeigt, dass sich das System nicht nur auf die experimentelle Energiespeicherung beschränkt. Die Batterie kann in Femtosekunden geladen und die Energie für Nanosekunden gespeichert werden. Hier verliert die Erfindung jedoch einen Großteil ihrer Spektakulärität. Die Batterie speichert eine winzige Energiemenge und zwar nur für sehr kurze Zeit.
Daher handelt es sich nicht um eine Alternative, die in naher Zukunft Batterien in Mobiltelefonen, Computern oder Elektroautos ersetzen kann. Das Ziel von Quantenbatterien ist auch nicht unbedingt, mehr Energie zu speichern als die aktuellen Batterien. Ihr Hauptvorteil wäre die Ermöglichung einer viel schnelleren und kontrollierteren Energietransfer.
Herausforderungen und Ausblick
Darüber hinaus können Quanteneffekte sehr empfindlich auf äußere Bedingungen reagieren, was die Umwandlung dieser Experimente in praktische Geräte erschwert. Die Forscher arbeiten bereits an möglichen Lösungen. Eine davon besteht darin, Quantenkomponenten, die sich schnell aufladen lassen, mit herkömmlichen Elementen zu kombinieren, die eine längere Energiespeicherung ermöglichen. Sie untersuchen auch die Verbindung mehrerer mikroskopischer Batterien, um die insgesamt verfügbare Energiemenge zu erhöhen. Ein Vorteil des aktuellen Prototyps ist, dass er bei Raumtemperatur funktioniert, was bei einigen Designs auf Basis von Supraleitern nicht der Fall ist, die extrem niedrige Temperaturen benötigen. Im Moment ist diese Batterie daher eher ein Werkzeug für Quantenhardware als die nächste Batterie für ein Smartphone.