क्वांटम बैटरी का पहला प्रोटोटाइप नई ऊर्जा भंडारण रूप बनाता है

ऊर्जा संग्रहीत करने के मामले में, मुख्य विधियाँ काफी समान रहती हैं। सबसे सामान्य तरीका रासायनिक प्रतिक्रिया का उपयोग करना है, आमतौर पर एक अत्यधिक इलेक्ट्रोरिएक्टिव तत्व, जैसे लिथियम, का प्रयोग करके, जो इलेक्ट्रॉनों को धातु से आयन में और इसके विपरीत स्थानांतरित करके विद्युत ऊर्जा संग्रहीत करता है।

ऊर्जा संग्रहीत करने का एक और तरीका अल्ट्रा‑कैपेसिटर है, जो ग्रेफ़ीन जैसी सामग्री की सतह पर सीधे विद्युत आवेश को संग्रहीत करता है। अंत में, ऊर्जा को गर्मी या गति के रूप में संग्रहीत किया जा सकता है, जैसे हीट बैटरियों और फ्लाईव्हील में।

हालाँकि, ऐसा प्रतीत होता है कि ऑस्ट्रेलियाई शोधकर्ताओं ने कॉमनवेल्थ साइंटिफिक एंड इंडस्ट्रियल रिसर्च ऑर्गेनाइज़ेशन (CSIRO), RMIT विश्वविद्यालय और मेलबोर्न विश्वविद्यालय द्वारा ऊर्जा भंडारण के संभावित रूपों में एक नई विधि जोड़ी है।

उन्होंने एक प्रारंभिक प्रोटोटाइप “क्वांटम बैटरी” का अनावरण किया, जो ऊर्जा संग्रहीत करने के लिए विद्युत आवेश, रासायनिक प्रतिक्रिया या गर्मी एवं गति के बजाय क्वांटम प्रभावों का उपयोग करता है। उन्होंने अपने निष्कर्षों को प्रतिष्ठित समीक्षात्मक जर्नल Light Sciences & Applications¹ में प्रकाशित एक वैज्ञानिक पत्र में विस्तृत किया, जिसका शीर्षक “Superextensive electrical power from a quantum battery” है।

क्वांटम बैटरी क्या है?

रासायनिक और/या विद्युत आवेश के बजाय, क्वांटम बैटरियां क्वांटम यांत्रिकी के कुछ असामान्य सिद्धांतों, जैसे सुपरपोजिशन और एंटैंगलमेंट, का उपयोग करती हैं।

एंटैंगलमेंट वह घटना है जिसमें दो या अधिक कण इतने गहराई से जुड़ जाते हैं कि वे एक ही क्वांटम स्थिति साझा करते हैं, चाहे उनके बीच की दूरी कुछ भी हो।

अब तक, इस विचार का सैद्धांतिक रूप से व्यापक रूप से अन्वेषण किया गया है, लेकिन वास्तविक दुनिया में इस अवधारणा का परीक्षण करने वाले व्यावहारिक प्रयोग बहुत कम हुए हैं।

शोधकर्ताओं द्वारा विकसित प्रोटोटाइप का मुख्य विचार एक प्रणाली है जिसे माइक्रोकैविटी कहा जाता है, जो प्रकाश को फँसाकर उसे विद्युत में परिवर्तित कर सकती है। इस मामले में, शोधकर्ताओं ने फ़ैब्रि‑पेरोट कैविटीज़ का उपयोग किया, जो दो समानांतर दर्पणों के बीच प्रकाश को प्रतिबिंबित करने वाला एक “सैंडविच” है, जिसे पहले से ही कई अनुप्रयोगों, जैसे नई प्रकार के सेंसर बनाने में माना जाता है।

स्रोत: Applied Physics B

एक और मुख्य अवधारणा प्रकाश से ऊर्जा का सुपरएब्जॉर्प्शन है, जो सुपररेडियंस का विपरीत घटना है। सुपरएब्जॉर्प्शन एक क्वांटम‑मैकेनिकल घटना है जिसमें परमाणुओं या अणुओं का समूह प्रकाश को सामूहिक रूप से इस दर से अवशोषित करता है जो उनके व्यक्तिगत अवशोषण दरों के योग से तेज़ होती है।

इसलिए सामान्य सामग्री की तरह जोड़ने के बजाय, अवशोषण क्षमता घातीय रूप से बढ़ती है।

परिणामस्वरूप, कणों का एक संग्रह सिद्धांत रूप में स्वतंत्र कणों की तुलना में 10 गुना तेज़ प्रकाश अवशोषित कर सकता है, जिससे अत्यंत तेज़ ऊर्जा स्थानांतरण की संभावना मिलती है। यह, बेशक, बैटरी प्रणाली के लिए बहुत उपयोगी होगा।

व्यावहारिक रूप से, सुपरएब्जॉर्प्शन को बनाए रखना कठिन है, क्योंकि प्राकृतिक प्रणालियां प्रकाश उत्सर्जन को अवशोषण पर प्राथमिकता देती हैं।

क्वांटम बैटरी का पहला प्रोटोटाइप

शोधकर्ताओं ने मल्टी‑लेयर माइक्रोकैविटी नामक डिजाइन का उपयोग किया, जिसमें कॉपर फ्थैलोसिन (CuPc) का प्रयोग किया गया, जो एक चमकीला नीला सिंथेटिक पिगमेंट है और आमतौर पर OLEDs और सोलर सेल्स में ऑर्गेनिक सेमिकंडक्टर के रूप में उपयोग होता है।

स्रोत: Light Sciences & Applications

यह एक मजबूत प्रकाश‑पदार्थ युग्मन बनाता है, अर्थात प्रकाश और उत्पन्न विद्युत धारा के बीच अंतःक्रिया।

“चार्जिंग के दौरान, ऊर्जा तेजी से CuPc में एक मेटास्टेबल ट्रिपलेट स्थिति में स्थानांतरित हो जाती है, जिसकी जनसंख्या चार्जिंग लेज़र पल्स की तुलना में छह क्रमांक अधिक समय तक बनी रहती है। विद्युत निकासी को चार्ज ट्रांसपोर्ट लेयरों द्वारा सुगम बनाया जाता है, जो ऊर्जा ग्रेडिएंट पेश करती हैं, जो चार्ज विभाजन और ट्रांसपोर्ट को अनुकूल बनाता है।”

महत्वपूर्ण बात यह है कि यह डिजाइन एक विद्युत शक्ति आउटपुट बनाता है जो बैटरी की क्षमता के साथ सुपरएक्सटेंसिव (सुपरएब्जॉर्प्शन + सुपररेडियंस) रूप में स्केल करता है। इसलिए जितनी अधिक मात्रा में यह सामग्री एक साथ मौजूद होगी, विद्युत डिस्चार्ज उतना ही तेज़ होगा।

“हमारे निष्कर्ष एक मौलिक क्वांटम प्रभाव की पुष्टि करते हैं जो पूरी तरह से असामान्य है: क्वांटम बैटरियां बड़ी होने पर तेज़ चार्ज होती हैं। आज की बैटरियां ऐसा नहीं करतीं।” शोध प्रमुख James Quach.

पहली क्वांटम बैटरी के परिणाम

प्रोटोटाइप ने सुपरएक्सटेंसिव स्थिर‑स्थिति विद्युत डिस्चार्ज शक्ति का पहला प्रयोगात्मक अवलोकन दिखाया, जो क्वांटम सिद्धांत द्वारा अप्रत्याशित घटना है, लेकिन क्वांटम बैटरियों में स्पष्ट संभावित अनुप्रयोग रखती है।

विशेष रूप से, अल्ट्रा‑फास्ट स्पेक्ट्रोस्कोपी विधियों का उपयोग करके, उन्होंने बैटरी के चार्जिंग व्यवहार को मापा। उन्होंने पाया कि क्वांटम बैटरी ने संग्रहीत ऊर्जा को चार्ज करने के समय की तुलना में छह क्रमांक (छह शून्य) अधिक समय तक बरकरार रखा।

“हमने एक उपकरण प्रदर्शित किया जो चार्ज किया जा सकता है, ऊर्जा संग्रहीत करता है और फिर उसे डिस्चार्ज करता है। यह एक तेज़ी से बढ़ते अंतःविषयक क्षेत्र में एक रोमांचक विकास है। आशा है कि क्वांटम बैटरियां जल्द ही केवल सैद्धांतिक विचार नहीं रहेंगी बल्कि प्रयोगशाला में निर्मित की जा सकेंगी।” Daniel Gómez – RMIT के रासायनिक भौतिकी प्रोफेसर.

उन्होंने यह भी प्रदर्शित किया कि माइक्रोकैविटीज़ को सुसंगत प्रकाश (लेज़र) या “सामान्य” प्रकाश दोनों से चार्ज किया जा सकता है, जिससे वे संभावित बैटरियों से परे व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त लचीले बनते हैं।

व्यावहारिक क्वांटम बैटरियों की ओर

संग्रहीत ऊर्जा को स्थिर करना

अब तक, प्रयोग में एक माइक्रोकैविटी केवल 50 नैनोसेकंड के लिए ऊर्जा को स्थिर रख सकती है, जो ऊर्जा भंडारण में किसी भी व्यावहारिक अनुप्रयोग के लिए पर्याप्त नहीं है।

हालांकि, यह सही दिशा में है, क्योंकि यह कमरे के तापमान पर कार्य करने वाली माइक्रोकैविटी क्वांटम बैटरियों की समान तकनीक से तीन क्रमांक अधिक समय तक ऊर्जा रखती है। और किसी भी स्थिति में, बड़े सिस्टम में ऊर्जा प्रतिधारण की अवधि काफी अधिक होगी, भले ही डिजाइन में सुधार न किया गया हो।

ऊर्जा निष्कर्षण का परीक्षण किया गया, उपकरणों ने 10‑40 माइक्रोवॉट/सेमी² के बीच एक उचित अधिकतम डिस्चार्ज शक्ति घनत्व दिखाया, जो उच्च‑प्रदर्शन माइक्रो‑सुपरकैपेसिटर की तुलना में एक सम्मानजनक परिणाम है, जो स्वयं 30‑175 माइक्रोवॉट/सेमी² प्रदर्शित कर सकते हैं।

इसके अतिरिक्त, यह प्रदर्शन कमरे के तापमान पर सामान्य परिस्थितियों में प्राप्त हुआ, जो क्वांटम घटनाओं के साथ दुर्लभ स्थिति है, जिन्हें अक्सर अल्ट्रा‑कोल्ड तापमान या उच्च दबाव की आवश्यकता होती है, जैसे कि सुपरकंडक्टिविटी।

चूंकि यह प्रोटोटाइप बड़े ऊर्जा भंडारण क्षमता के लिए स्केलेबल मार्ग दर्शाता है, यह उपयोगी क्वांटम बैटरियों की ओर एक ठोस पहला कदम है।

आगे के कदम

अगला सुधार यह होगा कि डिजाइन को स्केल अप किया जाए और यह मापा जाए कि समान उपकरण में अधिक माइक्रोकैविटीज़ के साथ व्यावहारिक रूप से सुपरएब्जॉर्प्शन प्रदर्शन को कितना बढ़ाता है।

एक और प्रमुख कदम यह होगा कि ऊर्जा भंडारण की अवधि को मूल रूप से बढ़ाने का प्रयास किया जाए। बड़े उपकरण, ठंडे तापमान, या विशेष लैटिस संरचना मददगार हो सकती है।

“हालांकि क्वांटम बैटरी अनुसंधान में अभी भी बहुत काम बाकी है, हमने संभावनाओं को साकार करने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम उठाया है। क्वांटम बैटरियों के लिए अगला कदम अभी ऊर्जा भंडारण समय को बढ़ाना है। यदि हम इस बाधा को पार कर सकें, तो हम व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य क्वांटम बैटरियों के करीब पहुँच जाएंगे।” शोध प्रमुख James Quach.

दीर्घकाल में, ऐसी बैटरी रासायनिक‑आधारित बैटरियों से बेहतर प्रदर्शन कर सकती है, या कम से कम सुपरकैपेसिटर से, जो भारी मशीनरी, इलेक्ट्रिक ट्रकों आदि में रासायनिक बैटरियों के साथ बढ़ते हुए उपयोग में हैं।

वे संभावित रूप से एक ठोस रिले/बफ़र के रूप में मानक बैटरी को तेज़ चार्ज करने या नई, अधिक कुशल सोलर पैनलों की नींव बनाने में भी उपयोगी हो सकते हैं।

“मेरी अंतिम आकांक्षा एक ऐसा भविष्य है जहाँ हम इलेक्ट्रिक कारों को पेट्रोल कारों की तुलना में बहुत तेज़ चार्ज कर सकें, या उपकरणों को लंबी दूरी तक वायरलेस रूप से चार्ज कर सकें।” शोध प्रमुख James Quach.

इस प्रोटोटाइप द्वारा उजागर किया गया यह घटना क्वांटम बैटरियों से परे उपयोगी हो सकती है। उदाहरण के तौर पर, इसे प्रकाश‑से‑ऊर्जा उपकरणों के नए प्रकार बनाने में उपयोग किया जा सकता है, जिसमें फोटोवोल्टाइक सिस्टम भी शामिल हैं।

क्वांटम बैटरियों में निवेश

QuantumScape

चूंकि यह क्वांटम बैटरी प्रोटोटाइप अपने प्रकार का पहला है, अभी इस अवधारणा में सीधे निवेश करने का कोई तरीका नहीं है। लेकिन बैटरी प्रौद्योगिकी में प्रगति तेज़ है, और ईंधन वाहनों से इलेक्ट्रिक वाहनों (EVs) में पूर्ण परिवर्तन निकट भविष्य में संभव है, क्योंकि EVs जल्द ही अधिक शक्ति, अधिक रेंज, और कम संचालन लागत वाले होंगे। और यह तब था जब ईरान के साथ युद्ध से उत्पन्न बड़े तेल मूल्य शॉक की संभावना क्षितिज पर थी।

इस विकास का एक प्रमुख भाग सॉलिड‑स्टेट बैटरियां हैं, जो डिजाइन का एक प्रकार है जिसमें लिथियम‑आयन बैटरियों में सामान्यतः उपयोग किया जाने वाला इलेक्ट्रोलाइट हटाया जाता है, जिससे बैटरी अधिक घनी और सुरक्षित बनती है।

इस क्षेत्र की प्रमुख कंपनी QuantumScape (QS ) है, जो 2010 में स्थापित हुई और विश्व की दूसरी सबसे बड़ी ऑटोमोबाइल निर्माता को EV तकनीक में पकड़ बनाने में मदद करने के लिए Volkswagen समूह के साथ गहरा साझेदारी रखती है।

स्रोत: QuantumScape

2024 के समझौते के तहत, PowerCo (Volkswagen बैटरी विभाग) प्रति वर्ष 40 गिगावाट‑घंटे तक इलेक्ट्रिक वाहन बैटरियां निर्मित कर सकता है, जिसे 80 GWh तक बढ़ाने का विकल्प है। यह Volkswagen को प्रत्येक वर्ष QuantumScape की अतिरिक्त 5 GWh अतिरिक्त क्षमता ग्राहकों को, जो Volkswagen समूह के बाहर हैं, प्रदान करने की भी अनुमति देता है, साथ ही कुछ भविष्य के QS प्रौद्योगिकियों को लाइसेंस करने का अधिकार भी देता है।

2025 में, एक QuantumScape बैटरी को एक हाई‑एंड इलेक्ट्रिक Ducati बाइक में शामिल किया गया। Ducati Volkswagen समूह का हिस्सा है, साथ ही Audi, Bentley, CUPRA, Lamborghini, Porsche, SEAT, और Škoda जैसे ऑटोमोटिव ब्रांड भी हैं।

QuantumScape की बैटरी डिजाइन अत्यंत ऊर्जा घनी है, जो Tesla (TSLA ) द्वारा उपयोग किए जाने वाले सर्वश्रेष्ठ लिथियम‑आयन डिजाइनों से कई गुना अधिक है, और 2‑3 गुना तेज़ चार्ज होती है, जिससे EVs की धीमी चार्जिंग समय की समस्या हल होती है, जो कई पेट्रोल कार उपयोगकर्ताओं के लिए एक प्रमुख मुद्दा है।

स्रोत: QuantumScape

व्यावसायीकरण के लिए कम समय सीमा और सालाना लाखों कारें बेचने वाले ऑटोमोटिव समूह के साथ दृढ़ साझेदारी के साथ, QuantumScape पश्चिमी निर्माताओं के प्रमुख बैटरी आपूर्तिकर्ताओं में से एक बनने के लिए अच्छी स्थिति में है, जहाँ प्रतिस्पर्धा या तो CATL जैसी चीनी बैटरी निर्माताओं या Donut Labs जैसी अपेक्षाकृत नई कंपनियों से है।

अब यह अपनी बैटरी का बड़े पैमाने पर उत्पादन बढ़ा रहा है, जहाँ Ducati बाइक केवल तकनीकी डेमो थी, इससे पहले कि Porsche, Audi और अन्य कार ब्रांडों की नई EV लाइन, जो QuantumScape बैटरियों से सुसज्जित हों, बाजार में आएँ।

(आप अधिक पढ़ सकते हैं QuantumScape और उसके सॉलिड‑स्टेट बैटरी डिजाइन हमारी निवेश रिपोर्ट में, जो कंपनी को समर्पित है और Volkswagen और उसकी EV रणनीति में इस अन्य समर्पित रिपोर्ट.)

QuantumScape (QS) की नवीनतम समाचार और विकास

संदर्भित अध्ययन

^{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}