Prototipe Pertama Baterai Kuantum Menciptakan Bentuk Baru Penyimpanan Energi

Ketika berbicara tentang penyimpanan energi, metode utama cukup konsisten. Yang paling umum adalah dalam bentuk memanfaatkan reaksi kimia, biasanya dengan menggunakan unsur yang sangat elektroaktif, seperti litium, yang menyimpan energi listrik dengan memindahkan elektron dari logam ke ion dan sebaliknya.

Cara lain untuk menyimpan energi adalah ultrakapasitor, yang menyimpan muatan listrik langsung di permukaan material seperti grafena. Terakhir, energi dapat disimpan dalam bentuk panas atau gerakan, seperti pada baterai panas dan roda gila.

Namun, tampaknya metode baru saja ditambahkan ke bentuk potensial penyimpanan energi oleh peneliti Australia di Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), Universitas RMIT, dan Universitas Melbourne.

Mereka mengungkapkan prototipe awal “baterai kuantum”, yang memanfaatkan efek kuantum alih-alih muatan listrik, reaksi kimia, atau panas & gerakan untuk menyimpan energi. Mereka merinci temuan mereka dalam makalah ilmiah yang diterbitkan di jurnal bergengsi Light Sciences & Applications¹, dengan judul “Superextensive electrical power from a quantum battery”.

Apa Itu Baterai Kuantum?

Alih-alih kimia dan/atau muatan listrik, baterai kuantum menggunakan prinsip mekanika kuantum yang cukup kontraintuitif, termasuk superposisi dan keterikatan.

Keterikatan adalah fenomena di mana dua atau lebih partikel menjadi sangat terhubung sehingga mereka berbagi satu keadaan kuantum tunggal, terlepas dari jarak yang memisahkan mereka.

Sejauh ini, ide ini telah banyak dieksplorasi secara teori, namun dengan sangat sedikit percobaan praktis yang menguji konsep tersebut di dunia nyata.

Ide utama dari prototipe yang dikembangkan oleh para peneliti adalah sistem yang disebut mikrokavitas, yang dapat menjebak cahaya dan kemudian mengubahnya menjadi listrik. Dalam hal ini, peneliti menggunakan kavitas Fabry‑Pérot, sebuah “sandwich” dimana cahaya memantul antara dua cermin paralel, yang sudah dipertimbangkan untuk banyak aplikasi, seperti membangun jenis sensor baru.

Sumber: Applied Physics B

Konsep kunci lainnya adalah superabsorpsi energi dari cahaya, fenomena berlawanan dengan superradiasi. Superabsorpsi adalah fenomena mekanika kuantum dimana sekelompok atom atau molekul menyerap cahaya secara kolektif pada laju yang lebih cepat daripada jumlah laju penyerapan individu mereka.

Jadi alih-alih menjumlah seperti pada material normal, kapasitas penyerapan meningkat secara eksponensial.

Akibatnya, sekumpulan partikel secara teoretis dapat menyerap cahaya hingga 10 kali lebih cepat daripada partikel independen, menawarkan potensi untuk transfer energi yang sangat cepat. Tentu saja, hal ini sangat berguna untuk sistem baterai.

Dalam praktik, superabsorpsi sulit dipertahankan dalam pengaturan praktis, karena sistem alami cenderung lebih menyukai emisi cahaya daripada penyerapan.

Prototipe Pertama Baterai Kuantum

Para peneliti menggunakan desain yang disebut mikrokavitas berlapis‑ganda, menggunakan tembaga ftalosianin (CuPc), pigmen sintetis biru terang yang umum dipakai sebagai semikonduktor organik dalam OLED dan sel surya.

Sumber: Light Sciences & Applications

Ini menciptakan kopling cahaya‑materi yang kuat, atau interaksi antara cahaya dan arus listrik yang dihasilkan.

“Saat diisi, energi dengan cepat dipindahkan ke keadaan triplet metastabil dalam CuPc, yang populasinya bertahan enam orde magnitudo lebih lama daripada pulsa laser pengisian. Ekstraksi listrik difasilitasi oleh lapisan transport muatan yang memperkenalkan gradien energi, yang memfavoritkan pemisahan dan transportasi muatan.”

Pentingnya, desain ini menghasilkan output daya listrik yang berskala secara superekstensif (superabsorpsi + superradiasi) dengan kapasitas baterai. Jadi semakin banyak material ini hadir sekaligus, semakin cepat pelepasan listrik dapat terjadi.

“Temuan kami mengkonfirmasi efek kuantum fundamental yang sepenuhnya kontraintuitif: baterai kuantum mengisi lebih cepat seiring mereka menjadi lebih besar. Baterai saat ini tidak berfungsi seperti itu.”

Pemimpin riset James Quach.

Hasil Baterai Kuantum Pertama

Prototipe tersebut menunjukkan observasi eksperimental pertama dari daya pelepasan listrik keadaan mantap superekstensif, fenomena yang tidak diprediksi oleh teori kuantum, namun dengan potensi aplikasi yang jelas dalam baterai kuantum.

Lebih tepatnya, dengan menggunakan metode spektroskopi ultracepat, mereka mengukur perilaku pengisian baterai. Mereka menemukan bahwa baterai kuantum mempertahankan energi yang disimpan selama enam orde magnitudo lebih lama (enam nol) dibandingkan waktu yang diperlukan untuk mengisi.

“Kami menunjukkan sebuah perangkat yang dapat diisi, menyimpan energi tersebut, dan kemudian melepaskannya. Ini adalah perkembangan menarik dalam bidang interdisipliner yang berkembang pesat. Semoga baterai kuantum segera tidak lagi menjadi ide teoretis tetapi sesuatu yang dapat dibangun di laboratorium.”

Daniel Gómez – Profesor Fisika Kimia RMIT.

Mereka juga menunjukkan bahwa mikrokavitas dapat diisi dengan cahaya koheren (laser) maupun cahaya “normal”, menjadikannya cukup fleksibel untuk aplikasi praktis di luar baterai potensial.

Menuju Baterai Kuantum Praktis

Menstabilkan Energi yang Disimpan

Sejauh ini, mikrokavitas dalam percobaan hanya dapat menahan energi secara stabil selama 50 nanodetik, hampir tidak cukup untuk aplikasi praktis dalam penyimpanan energi.

Namun, ini bergerak ke arah yang benar, karena tiga orde magnitudo lebih lama dibandingkan dengan standar terkini pada baterai kuantum mikrokavitas yang beroperasi pada suhu ruang. Dan sistem yang lebih besar kemungkinan akan memiliki periode retensi energi yang jauh lebih lama dalam kondisi apapun, bahkan tanpa desain yang ditingkatkan.

Ekstraksi energi diuji, perangkat menunjukkan kepadatan daya pelepasan maksimal yang wajar antara 10‑40 microwatt/cm², hasil yang cukup terhormat bila dibandingkan dengan mikro‑superkapasitor berperforma tinggi, yang dapat menampilkan 30‑175 microwatt/cm².

Selain itu, kinerja ini dicapai pada suhu ruang dalam kondisi lingkungan, situasi yang jarang terjadi pada fenomena kuantum yang biasanya memerlukan suhu ultra‑dingin atau tekanan tinggi, seperti superkonduktivitas, misalnya.

Karena prototipe ini menunjukkan jalur yang dapat diskalakan menuju kapasitas penyimpanan energi yang besar, ini merupakan langkah pertama yang solid menuju baterai kuantum yang dapat digunakan.

Langkah Selanjutnya

Hal selanjutnya yang perlu ditingkatkan adalah memperbesar skala desain dan mengukur seberapa besar superabsorpsi meningkatkan kinerja secara praktis dengan lebih banyak mikrokavitas dalam perangkat yang sama.

Langkah kunci berikutnya adalah mencoba secara radikal meningkatkan durasi penyimpanan energi. Perangkat yang lebih besar, suhu yang lebih rendah, atau struktur kisi khusus dapat membantu.

“Meskipun masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan dalam riset baterai kuantum, kami telah membuat langkah penting menuju realisasi kemungkinan tersebut. Langkah selanjutnya untuk baterai kuantum saat ini adalah memperpanjang waktu penyimpanan energi mereka. Jika kami dapat mengatasi hambatan itu, kami akan lebih dekat ke baterai kuantum yang dapat dipasarkan secara komersial.”

Pemimpin riset James Quach.

Dalam jangka panjang, baterai semacam itu dapat mengungguli baterai berbasis kimia, atau setidaknya superkapasitor, yang semakin banyak digunakan bersamaan dengan baterai kimia pada mesin berat, truk listrik, dll.

Mereka juga berpotensi menjadi relay/buffer solid untuk mengisi baterai standar lebih cepat, atau menjadi dasar panel surya baru yang lebih efisien.

“Ambisi utama saya adalah masa depan di mana kita dapat mengisi mobil listrik jauh lebih cepat daripada mobil bensin, atau mengisi perangkat dari jarak jauh secara nirkabel.”

Fenomena yang diungkap oleh prototipe ini dapat digunakan di luar baterai kuantum. Misalnya, dapat dipakai untuk menciptakan jenis baru perangkat cahaya‑ke‑energi, termasuk sistem fotovoltaik.

Berinvestasi dalam Baterai Kuantum

QuantumScape

Karena prototipe baterai kuantum ini merupakan yang pertama jenisnya, belum ada cara langsung untuk berinvestasi dalam konsep ini. Namun, kemajuan teknologi baterai bergerak cepat, dan transisi penuh dari kendaraan berbahan bakar ke EV semakin mungkin dalam jangka waktu singkat, karena EV akan segera memiliki lebih banyak tenaga, jangkauan lebih jauh, dan menjadi lebih murah untuk dioperasikan. Dan ini terjadi sebelum guncangan harga minyak besar mengancam horizon akibat perang dengan Iran.

Bagian kunci dari evolusi ini adalah baterai padat, jenis desain yang menghilangkan elektrolit yang biasanya digunakan dalam baterai litium‑ion, menjadikan baterai lebih padat dan lebih aman.

Perusahaan terkemuka di bidang ini adalah QuantumScape (QS ), perusahaan yang didirikan pada 2010 dan memiliki kemitraan mendalam dengan Grup Volkswagen untuk membantu produsen mobil terbesar ke‑2 di dunia mengejar ketertinggalan dalam teknologi EV.

Sumber: QuantumScape

Berdasarkan perjanjian 2024, PowerCo (departemen baterai Volkswagen) dapat memproduksi hingga 40 gigawatt‑jam per tahun baterai kendaraan listrik, dengan opsi memperluas menjadi 80 GWh per tahun. Ini juga memungkinkan Volkswagen menyediakan hingga tambahan 5 GWh kapasitas cadangan yang dimiliki QuantumScape setiap tahun untuk pelanggan di luar Grup Volkswagen, serta hak untuk melisensikan beberapa teknologi QS di masa depan.

Pada 2025, baterai QuantumScape dimasukkan ke dalam sepeda motor listrik Ducati kelas atas. Ducati merupakan bagian dari grup Volkswagen, bersama merek otomotif seperti Audi, Bentley, CUPRA, Lamborghini, Porsche, SEAT, dan Škoda.

Desain baterai QuantumScape sangat padat energi, jauh lebih tinggi daripada desain litium‑ion terbaik yang digunakan Tesla (TSLA ), dan mengisi 2‑3 kali lebih cepat, menyelesaikan masalah waktu pengisian lambat pada EV, isu utama bagi banyak konsumen yang terbiasa dengan mobil berbahan bakar.

Sumber: QuantumScape

Dengan timeline singkat menuju komersialisasi dan kemitraan yang kuat dengan grup otomotif yang menjual jutaan mobil per tahun, QuantumScape berada pada posisi yang baik untuk menjadi salah satu pemasok baterai terkemuka bagi produsen Barat, dengan kompetisi berupa produsen baterai China seperti CATL atau perusahaan relatif baru seperti Donut Labs.

Saat ini mereka meningkatkan produksi massal baterainya, dengan sepeda Ducati hanya sebagai demo teknologi, sebelum lini baru EV dari Porsche, Audi, dan merek mobil lainnya yang dibangun ulang dengan baterai QuantumScape di dalamnya masuk ke pasar.

(Anda dapat membaca lebih lanjut tentang QuantumScape dan desain baterai padatnya dalam laporan investasi kami yang didedikasikan untuk perusahaan dan tentang Volkswagen serta strategi EV-nya dalam laporan khusus lainnya.)

Berita & Perkembangan Terbaru QuantumScape (QS)

Studi Dirujuk

^{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}