Første prototype af kvantebatteri skaber ny form for energilagring

Når det gælder lagring af energi, er de vigtigste metoder ret ens. Den mest almindelige er at udnytte en kemisk reaktion, typisk ved at bruge et element, der er meget elektroaktivt, som lithium, som lagrer den elektriske energi ved at flytte elektroner fra et metal til en ion og omvendt.

En anden måde at lagre energi på er ultrakondensatorer, som lagrer den elektriske ladning direkte på overfladen af et materiale som grafen. Endelig kan energi lagres som varme eller bevægelse, som i varmelagringsbatterier og svinghjul.

Det ser dog ud til, at en ny metode netop er blevet tilføjet til de mulige former for energilagring af australske forskere ved Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), RMIT University og University of Melbourne.

De præsenterede en tidlig prototype af et “kvantebatteri”, som udnytter kvanteeffekter i stedet for elektrisk ladning, kemisk reaktion eller varme & bevægelse til at lagre energi. De beskrev deres resultater i en videnskabelig artikel offentliggjort i den prestigefyldte tidsskrift Light Sciences & Applications¹, under titlen “Superextensive electrical power from a quantum battery”.

Hvad er et kvantebatteri?

I stedet for kemisk og/eller elektrisk ladning bruger kvantebatterier de ret kontraintuitive principper i kvantemekanik, herunder superposition og sammenfiltring.

Sammenfiltring er et fænomen, hvor to eller flere partikler bliver så dybt forbundet, at de deler en enkelt kvantetilstand, uanset afstanden mellem dem.

Indtil videre er denne idé blevet omfattende udforsket i teorien, men med meget få praktiske eksperimenter, der tester konceptet i den virkelige verden.

Den centrale idé med prototypen udviklet af forskerne er et system kaldet en mikrokavitet, som kan fange lys og derefter omdanne det til elektricitet. I dette tilfælde brugte forskerne Fabry‑Pérot-kaviter, en “sandwich”, hvor lys reflekteres mellem to parallelle spejle, hvilket allerede overvejes til mange anvendelser, såsom at bygge nye typer sensorer.

Kilde: Applied Physics B

Et andet centralt koncept er superabsorption af energi fra lys, det modsatte fænomen af superradiation. Superabsorption er et kvantemekanisk fænomen, hvor en gruppe af atomer eller molekyler absorberer lys kollektivt med en hastighed, der er hurtigere end summen af deres individuelle absorptionshastigheder.

Så i stedet for at lægge sig sammen som med normalt materiale, øges absorptionskapaciteten eksponentielt.

Som resultat kan en samling af partikler teoretisk absorbere lys op til 10 gange hurtigere end uafhængige partikler, hvilket giver potentiale for ekstremt hurtig energioverførsel. Dette ville naturligvis være meget nyttigt for et batterisystem.

I praksis er superabsorption vanskelig at opretholde i praktiske opsætninger, da naturlige systemer har tendens til at foretrække lysudsendelse frem for absorption.

Første prototype af et kvantebatteri

Forskerne brugte et design kaldet en flerlagret mikrokavitet, der anvender kobberftalocyanin (CuPc), et lysblåt syntetisk pigment, der almindeligt bruges som organisk halvleder i OLED‑er og solceller.

Kilde: Light Sciences & Applications

“Ved opladning overføres energien hurtigt til en metastabil triplet‑tilstand i CuPc, hvis population vedvarer seks størrelsesordener længere end opladningslaser‑pulsen. Elektrisk udtræk muliggøres af ladningstransportlag, der introducerer både et energigradiens, som favoriserer ladningsseparation og -transport.”

Vigtigt er, at dette design skaber en elektrisk effekt, der skalerer superekstativt (superabsorption + superradiation) med batteriets kapacitet. Så jo mere af dette materiale der er til stede på én gang, desto hurtigere kan den elektriske udladning foregå.

“Vores resultater bekræfter en grundlæggende kvanteeffekt, der er fuldstændig kontraintuitiv: kvantebatterier oplader hurtigere, jo større de bliver. Nutidens batterier fungerer ikke på den måde.” Forskningsleder James Quach.

Første kvantebatteriresultater

Prototypen demonstrerede den første eksperimentelle observation af superekstensive steady‑state elektriske afladningskraft, et uforudset fænomen ifølge kvanteteori, men med åbenlys potentiel anvendelse i kvantebatterier.

Mere præcist målte de batteriets opladningsadfærd ved hjælp af ultrahurtige spektroskopimetoder. De fandt, at kvantebatteriet beholdt den lagrede energi i seks størrelsesordener længere (seks nuller) end det tog at oplade.

“Vi demonstrerede en enhed, der kan oplades, lagre den energi og derefter aflade den. Dette er en spændende udvikling inden for et hurtigt voksende tværfagligt felt. Forhåbentlig vil kvantebatterier snart ikke længere være en teoretisk idé, men noget der kan bygges i laboratoriet.” Daniel Gómez – RMIT Professor i Kemisk Fysik.

De demonstrerede også, at mikrokaviterne kan oplades med både koherent lys (lasere) eller “normalt” lys, hvilket gør dem fleksible nok til praktiske anvendelser ud over potentielle batterier.

Mod praktiske kvantebatterier

Stabilisering af den lagrede energi

Indtil videre kan en mikrokavitet i eksperimentet holde energien stabil kun i 50 nanosekunder, hvilket næppe er nok til nogen praktisk anvendelse i energilagring.

Dette er dog et skridt i den rigtige retning, da dette er tre størrelsesordener længere end den tilsvarende state‑of‑the‑art i mikrokavitet‑kvantebatterier, der opererer ved stuetemperatur. Og et større system vil sandsynligvis have en meget længere periode for energibevaring uanset, selv uden et forbedret design.

Energiekstraktion blev testet, og enhederne viste rimelige maksimale afladningskrafttætheder mellem 10‑40 mikrowatt/cm², et ret anstændigt resultat sammenlignet med højtydende mikro‑superkondensatorer, som selv kan vise 30‑175 mikrowatt/cm².

Desuden blev denne ydeevne opnået ved stuetemperatur under normale forhold, en sjælden situation for kvantefænomener, som ofte kræver ultrakolde temperaturer eller højt tryk, som f.eks. superledning.

Da denne prototype demonstrerer en skalerbar vej til stor energilagringskapacitet, udgør den et solidt første skridt mod brugbare kvantebatterier.

De næste skridt

Det næste, der skal forbedres, er at skalere designet op og måle, hvor meget superabsorption øger ydeevnen i praksis med flere mikrokaviter i den samme enhed.

Et andet vigtigt skridt vil være at forsøge at radikalt forlænge varigheden af energilagringen. Større enheder, koldere temperaturer eller en speciel gitterstruktur kan hjælpe.

“Selvom der stadig er meget arbejde at gøre inden for forskning i kvantebatterier, har vi gjort et vigtigt skridt mod at realisere mulighederne. Det næste skridt for kvantebatterier lige nu er at forlænge deres energilagringstid. Hvis vi kan overvinde denne hindring, vil vi være et skridt tættere på kommercielt levedygtige kvantebatterier.” Forskningsleder James Quach.

På længere sigt kunne et sådant batteri overgå kemisk baserede batterier, eller i det mindste superkondensatorer, som i stigende grad anvendes sammen med kemiske batterier i tungt maskineri, elektriske lastbiler osv.

De kunne også potentielt fungere som en solid relæ/buffer til at oplade et standardbatteri hurtigere, eller danne grundlag for nye, mere effektive solpaneler.

“Min ultimative ambition er en fremtid, hvor vi kan oplade elbiler meget hurtigere end benzinbiler, eller oplade enheder over lange afstande trådløst.” Forskningsleder James Quach.

Fænomenet, der blev afsløret af denne prototype, kunne være anvendeligt ud over kvantebatterier. For eksempel kunne det bruges til at skabe nye typer lys‑til‑energi‑enheder, herunder fotovoltaiske systemer.

Investering i kvantebatterier

QuantumScape

Da denne kvantebatteri‑prototype er den allerførste af sin slags, er der endnu ingen direkte måde at investere i dette koncept på. Men fremskridt inden for batteriteknologi sker hurtigt, og overgangen fra brændstofkøretøjer til elbiler bliver i stigende grad sandsynlig på kort tid, da elbiler snart vil have mere kraft, længere rækkevidde og blive billigere at drive. Og dette var før en stor olieprisschok truede på horisonten på grund af krigen med Iran.

En central del af denne udvikling er solid‑state‑batterier, en type design, der fjerner elektrolytten, som normalt bruges i lithium‑ion‑batterier, hvilket gør batteriet både meget tættere og sikrere.

Et førende firma inden for området er QuantumScape (QS ), et selskab grundlagt i 2010 og i et tæt partnerskab med Volkswagen‑gruppen for at hjælpe verdens #2 største bilproducent med at indhente i EV‑teknologi.

Kilde: QuantumScape

Under the 2024 agreement, PowerCo (Volkswagen battery department) can manufacture up to 40 gigawatt-hours per year of electric vehicle batteries, with the option to expand to 80 GWh a year. It also lets Volkswagen provide up to an extra 5 GWh of spare capacity QuantumScape has each year for customers beyond Volkswagen Group, as well as the right to license certain future QS technologies.

Under den 2024‑aftale, PowerCo (VW‑batteri‑afdeling) kan producere op til 40 gigawatt‑timer om året af elbilbatterier, med mulighed for at udvide til 80 GWh om året. Det giver også Volkswagen mulighed for at stille op til ekstra 5 GWh ekstra kapacitet, som QuantumScape har hvert år, til kunder uden for Volkswagen‑gruppen, samt retten til at licensere visse fremtidige QS‑teknologier.

I 2025 blev et QuantumScape‑batteri indarbejdet i en high‑end elektrisk Ducati‑motorcykel. Ducati er en del af Volkswagen‑gruppen, sammen med bilmærker som Audi, Bentley, CUPRA, Lamborghini, Porsche, SEAT og Škoda.

QuantumScapes batteridesign er ekstremt energitæt, meget højere end de bedste lithium‑ion‑designs, som Tesla (TSLA ) bruger, og oplader 2‑3 gange hurtigere, hvilket løser EV‑ers langsomme opladningstid, et stort problem for mange forbrugere, der er vant til benzinbiler.

Kilde: QuantumScape

Med en kort tidslinje til kommercialisering og et cementeret partnerskab med en bilgruppe, der sælger millioner af biler om året, er QuantumScape godt positioneret til at blive en af de førende batterileverandører til vestlige producenter, med konkurrencen enten fra kinesiske batteriproducenter som CATL eller relativt nye virksomheder som Donut Labs.

Det er nu ved at øge masseproduktionen af sit batteri, hvor Ducati‑motorcyklen kun er den teknologiske demonstration, inden en ny serie af EV‑er fra Porsche, Audi og andre bilmærker, der er ombygget med QuantumScape‑batterier indeni, rammer markedet.

(Du kan læse mere om QuantumScape og deres solid‑state batteridesign i vores investeringsrapport dedikeret til virksomheden og om Volkswagen og deres EV‑strategi i denne anden dedikerede rapport.)

Seneste QuantumScape (QS) nyheder og udviklinger

Studie refereret

^{1. Hymas, K., Muir, J.B., Tibben, D. et al. Superextensive electrical power from a quantum battery. Light Sciences & Applications 15, 168 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-026-02240-6}