Le premier prototype de batterie quantique crée une nouvelle forme de stockage d’énergie

Lorsqu’il s’agit de stocker de l’énergie, les méthodes principales restent assez constantes. La plus courante consiste à exploiter une réaction chimique, généralement en utilisant un élément très électroactif, comme le lithium, qui stocke l’énergie électrique en déplaçant les électrons d’un métal vers un ion et vice‑versa.

Une autre façon de stocker l’énergie est d’utiliser des ultra‑condensateurs, qui stockent la charge électrique à la surface d’un matériau tel que le graphène directement. Enfin, l’énergie peut être stockée sous forme de chaleur ou de mouvement, comme dans les batteries thermiques et les volants d’inertie.

Cependant, il semble qu’une nouvelle méthode vient d’être ajoutée aux formes potentielles de stockage d’énergie par des chercheurs australiens du Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), de l’Université RMIT et de l’Université de Melbourne.

Ils ont présenté un premier prototype de « batterie quantique », qui exploite les effets quantiques au lieu de la charge électrique, de la réaction chimique ou de la chaleur et du mouvement pour stocker l’énergie. Ils ont détaillé leurs résultats dans un article scientifique publié dans la revue prestigieuse Light Sciences & Applications¹, sous le titre « Superextensive electrical power from a quantum battery ».

Qu’est‑ce qu’une batterie quantique ?

Au lieu de la chimie et/ou de la charge électrique, les batteries quantiques utilisent les principes plutôt contre‑intuitifs de la mécanique quantique, notamment la superposition et l’intrication.

L’intrication est un phénomène où deux particules ou plus deviennent tellement liées qu’elles partagent un même état quantique, quelle que soit la distance qui les sépare.

Jusqu’à présent, cette idée a été largement explorée en théorie, mais avec très peu d’expériences pratiques testant le concept dans le monde réel.

L’idée clé du prototype développé par les chercheurs est un système appelé microcavité, capable de piéger la lumière puis de la convertir en électricité. Dans ce cas, les chercheurs ont utilisé des cavités Fabry‑Pérot, un « sandwich » où la lumière se reflète entre deux miroirs parallèles, déjà envisagé pour de nombreuses applications, comme la création de nouveaux types de capteurs.

Source : Applied Physics B

Un autre concept clé est la superabsorption d’énergie provenant de la lumière, le phénomène opposé à la superradiance. La superabsorption est un phénomène quantique où un groupe d’atomes ou de molécules absorbe la lumière collectivement à un rythme plus rapide que la somme de leurs taux d’absorption individuels.

Ainsi, au lieu de s’additionner comme avec un matériau normal, la capacité d’absorption augmente de façon exponentielle.

En conséquence, un ensemble de particules peut théoriquement absorber la lumière jusqu’à 10 fois plus rapidement que des particules indépendantes, offrant un potentiel pour un transfert d’énergie extrêmement rapide. Ce qui serait, bien sûr, très utile pour un système de batterie.

En pratique, la superabsorption est difficile à maintenir dans des configurations réelles, car les systèmes naturels ont tendance à favoriser l’émission de lumière plutôt que l’absorption.

Premier prototype d’une batterie quantique

Les chercheurs ont utilisé une conception appelée microcavité multicouche, en utilisant la phthalocyanine de cuivre (CuPc), un pigment synthétique bleu vif couramment utilisé comme semi‑conducteur organique dans les OLED et les cellules solaires.

Source : Light Sciences & Applications

Cette conception crée un fort couplage lumière‑matière, ou l’interaction entre la lumière et un courant électrique généré.

« Lors de la charge, l’énergie est rapidement transférée vers un état triplet métastable dans le CuPc, dont la population persiste pendant six ordres de grandeur plus longtemps que l’impulsion laser de charge. L’extraction électrique est facilitée par des couches de transport de charge qui introduisent à la fois un gradient d’énergie, favorisant la séparation et le transport des charges. »

Il est important de noter que cette conception génère une puissance électrique qui augmente de façon superextensive (superabsorption + superradiance) avec la capacité de la batterie. Ainsi, plus ce matériau est présent simultanément, plus la décharge électrique peut être rapide.

« Nos résultats confirment un effet quantique fondamental totalement contre‑intuitif : les batteries quantiques se chargent plus rapidement à mesure qu’elles grossissent. Les batteries actuelles ne fonctionnent pas ainsi. » Responsable de la recherche James Quach.

Premiers résultats de la batterie quantique

Le prototype a démontré la première observation expérimentale d’une puissance de décharge électrique en régime permanent superextensive, un phénomène non prédit par la théorie quantique, mais présentant un potentiel d’application évident dans les batteries quantiques.

Plus précisément, en utilisant des méthodes de spectroscopie ultrarapide, ils ont mesuré le comportement de charge de la batterie. Ils ont constaté que la batterie quantique conservait l’énergie stockée pendant six ordres de grandeur plus longtemps (six zéros) que le temps de charge.

« Nous avons démontré un dispositif qui peut être chargé, stocker cette énergie puis la décharger. C’est un développement passionnant dans un domaine interdisciplinaire en pleine expansion. Nous espérons que les batteries quantiques ne seront bientôt plus qu’une idée théorique, mais quelque chose qui pourra être construit en laboratoire. » Daniel Gómez –  Professeur de physique chimique à RMIT.

Ils ont également démontré que les microcavités peuvent être chargées à la fois avec de la lumière cohérente (lasers) ou de la lumière « normale », les rendant suffisamment flexibles pour des applications pratiques au-delà des batteries potentielles.

Vers des batteries quantiques pratiques

Stabilisation de l’énergie stockée

Jusqu’à présent, une microcavité dans l’expérience ne peut maintenir l’énergie stable que pendant 50 nanosecondes, à peine suffisantes pour une application pratique de stockage d’énergie.

Cependant, cela va dans la bonne direction, car il s’agit de trois ordres de grandeur plus longtemps que l’état de l’art équivalent des batteries quantiques à microcavité fonctionnant à température ambiante. Et un système plus grand aura probablement une période de rétention d’énergie beaucoup plus longue, même sans conception améliorée.

L’extraction d’énergie a été testée, les dispositifs ont affiché des densités de puissance de décharge maximale raisonnables entre 10‑40 microwatt/cm², un résultat plutôt honorable comparé aux micro‑supercondensateurs haute performance, qui eux‑mêmes peuvent atteindre 30‑175 microwatt/cm².

De plus, cette performance a été obtenue à température ambiante dans des conditions normales, une situation rare pour les phénomènes quantiques qui nécessitent souvent des températures ultra‑basses ou une haute pression, comme la supraconductivité, par exemple.

Parce que ce prototype montre une voie évolutive vers une grande capacité de stockage d’énergie, il représente une première étape solide vers des batteries quantiques utilisables.

Les prochaines étapes

La prochaine amélioration consistera à mettre à l’échelle la conception et à mesurer dans la pratique à quel point la superabsorption augmente les performances avec davantage de microcavités dans le même dispositif.

Une autre étape clé sera d’essayer d’améliorer radicalement la durée du stockage d’énergie. Des dispositifs plus grands, des températures plus froides ou une structure de réseau spéciale pourraient aider.

« Bien qu’il reste encore beaucoup de travail à faire dans la recherche sur les batteries quantiques, nous avons fait un pas important vers la réalisation des possibilités. La prochaine étape pour les batteries quantiques aujourd’hui est d’étendre leur durée de stockage d’énergie. Si nous pouvons surmonter cet obstacle, nous serons un peu plus proches de batteries quantiques commercialement viables. » Responsable de la recherche James Quach.

À long terme, une telle batterie pourrait surpasser les batteries chimiques, ou du moins les supercondensateurs, qui sont de plus en plus utilisés en tandem avec les batteries chimiques dans les machines lourdes, les camions électriques, etc.

Ils pourraient également servir de relais/buffer solide pour charger une batterie standard plus rapidement, ou constituer la base de nouveaux panneaux solaires plus efficaces.

« Mon ambition ultime est un avenir où nous pourrons charger les voitures électriques beaucoup plus rapidement que les voitures à essence, ou charger des appareils sur de longues distances sans fil. »

Responsable de la recherche James Quach.

Le phénomène révélé par ce prototype pourrait être exploité au-delà des batteries quantiques. Par exemple, il pourrait être utilisé pour créer de nouveaux types de dispositifs de conversion lumière‑énergie, y compris des systèmes photovoltaïques.

Investir dans les batteries quantiques

QuantumScape

Comme ce prototype de batterie quantique est le tout premier du genre, il n’existe pas encore de moyen direct d’investir dans ce concept. Mais les progrès de la technologie des batteries sont rapides, et la transition complète des véhicules à carburant vers les véhicules électriques devient de plus en plus probable à court terme, les VE devant bientôt offrir plus de puissance, plus d’autonomie et devenir moins coûteux à exploiter. Et cela avant qu’un important choc des prix du pétrole ne se profile à l’horizon à cause de la guerre avec l’Iran.

Une partie clé de cette évolution sont les batteries à état solide, un type de conception qui élimine l’électrolyte normalement utilisé dans les batteries lithium‑ion, rendant la batterie à la fois beaucoup plus dense et plus sûre.

Une entreprise leader dans ce domaine est QuantumScape (QS ), fondée en 2010 et en partenariat étroit avec le groupe Volkswagen pour aider le deuxième plus grand constructeur automobile mondial à rattraper le retard en technologie des véhicules électriques.

Source : QuantumScape

Dans le cadre de l’accord de 2024, PowerCo (département batterie de Volkswagen) peut fabriquer jusqu’à 40 gigawattheures par an de batteries pour véhicules électriques, avec la possibilité d’étendre à 80 GWh par an. Cela permet également à Volkswagen fournir jusqu’à 5 GWh supplémentaires de capacité de réserve que QuantumScape possède chaque année pour les clients au‑delà du groupe Volkswagen, ainsi que le droit de licencier certaines technologies futures de QS.

En 2025, une batterie QuantumScape a été intégrée dans une moto électrique Ducati haut de gamme. Ducati fait partie du groupe Volkswagen, aux côtés de marques automobiles telles qu’Audi, Bentley, CUPRA, Lamborghini, Porsche, SEAT et Škoda.

La conception de la batterie QuantumScape est extrêmement dense en énergie, bien supérieure aux meilleures conceptions lithium‑ion utilisées par Tesla (TSLA ), et se charge 2‑3 fois plus rapidement, résolvant le problème de la lenteur de charge des VE, un problème majeur pour de nombreux consommateurs habitués aux voitures à carburant.

Source : QuantumScape

Avec un délai court pour la commercialisation et un partenariat solide avec un groupe automobile vendant des millions de voitures par an, QuantumScape est bien placé pour devenir l’un des principaux fournisseurs de batteries aux fabricants occidentaux, la concurrence étant soit des fabricants chinois de batteries comme CATL ou des entreprises relativement nouvelles comme Donut Labs.

Elle augmente maintenant la production de masse de sa batterie, la moto Ducati n’étant qu’une démonstration technologique, avant qu’une nouvelle gamme de VE de Porsche, Audi et d’autres marques automobiles équipés de batteries QuantumScape ne touche le marché.

(Vous pouvez en savoir plus sur QuantumScape et sa conception de batterie à état solide dans notre rapport d’investissement dédié à l’entreprise et sur Volkswagen et sa stratégie EV dans ce autre rapport dédié.)

Dernières nouvelles et développements de QuantumScape (QS)

Étude référencée

^{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}