Avustralya’da geliştirilen deneysel kuantum batarya, enerjiyi femtosaniyeler içinde emiyor. Ancak günlük kullanım için önemli engelleri bulunuyor.
Avustralya’nın ulusal bilim kuruluşu CSIRO’dan James Quach liderliğindeki araştırma ekibi, enerjiyi femtosaniyeler ölçeğinde emebilen deneysel bir kuantum batarya geliştirdi. Prototip, enerjiyi saniyenin katrilyonda biri hızında soğururken, depoladığı enerjiyi nanosaniyeler boyunca tutabiliyor. Ancak bu teknoloji, mevcut bataryaların yerini alabilecek pratik kullanım için önemli zorluklarla karşı karşıya bulunuyor.
Araştırmacılar, bataryanın “süper soğurma” adı verilen bir kuantum etkisinden faydalandığını belirtiyor. Bu sistem, moleküllerin enerjiyi bağımsız yerine topluca emmesini sağlıyor. Molekül sayısı arttıkça enerji emme hızı da yükseliyor; bu durum, boyutu büyüdükçe şarj süresi artan geleneksel bataryalardan ayrışıyor.
Batarya, yaklaşık 100 nanometre mesafeye sahip iki aynadan oluşan optik bir mikro boşluk kullanıyor. Aynaların arasına yerleştirilen organik boya moleküllerine lazer ışığı gönderiliyor. Işık ile moleküller arasındaki etkileşim, hibrit ışık-madde durumları oluşturarak moleküllerin enerjiyi toplu halde soğurmasını sağlıyor.
James Quach’ın ekibi, süper soğurma etkisini ilk kez 2022 yılında göstermişti. Yeni çalışmada ise araştırmacılar, depolanan enerjiden elektrik akımı elde etmeyi başardı. Elde edilen akımın düşük seviyede olmasına rağmen, bu gelişme bataryanın enerjiyi sadece emmekle kalmayıp elektrik akımı olarak dışarı verebildiğini kanıtladı.
Prototipin depoladığı enerji, şarj süresinden yaklaşık altı büyüklük mertebesi daha uzun süre sistemde kalabiliyor. Femtosaniyeler içinde şarj olan batarya, enerjiyi nanosaniyeler boyunca tutabiliyor. Teknolojinin asıl avantajı, çok hızlı şarj ve hassas enerji aktarımı olarak öne çıkıyor.
Deneysel batarya yalnızca birkaç milyar elektronvolt düzeyinde enerji depolayabiliyor; bu kapasite, gerçek dünyada kullanılabilecek bir güç kaynağı için yeterli değil. Ayrıca, enerjinin sadece nanosaniyeler boyunca tutulabilmesi, pratik kullanımın önündeki en önemli sorunlardan birini oluşturuyor.
James Quach, ekibinin bu sınırlamaları aşmak amacıyla hibrit bir tasarım geliştirdiğini belirtti. Bu tasarım, hızlı şarj için kuantum bileşenlerini, enerjiyi daha uzun süre depolamak için ise klasik katmanları bir araya getiriyor. Araştırmacılar, bu yeni çalışma hakkında bir makale hazırladıklarını da duyurdu.
Araştırma ekibi, ayrıca çok sayıda mikroskobik bataryayı birbirine bağlamayı planlıyor. Optik mikro boşluk tabanlı prototipin oda sıcaklığında çalışabilmesi, bazı süperiletken tabanlı alternatif tasarımların gerektirdiği -150°C altı sıcaklık ihtiyacını ortadan kaldırarak önemli bir avantaj sunuyor.
Kuantum bataryaların ilk pratik kullanım alanı olarak tüketici elektroniği yerine kuantum donanımları gösteriliyor. Queen’s University Belfast’tan Mauro Paternostro, enerjinin sistemden kontrollü ve kullanılabilir biçimde çıkarılmasının zor olabileceğine dikkat çekti. Genova Üniversitesi’nden Dario Ferraro ise kuantum etkilerinin çevreyle etkileşim sırasında kolayca bozulabileceğini belirtti.
Dario Ferraro, kuantum bataryaların telefon veya elektrikli araçlar gibi günlük uygulamalarda geleneksel bataryaların yerini almasının olası görünmediğini ifade etti. Ferraro, bu teknolojinin doğal kullanım alanının kuantum ölçeği olduğunu vurguladı.
