Energia
Primo Prototipo Di Batteria Quantistica Crea Una Nuova Forma Di Archiviazione Dell’energia
Quando si tratta di archiviare l’energia, i metodi principali sono piuttosto coerenti. Il più comune è sotto forma di sfruttamento di una reazione chimica, di solito utilizzando un elemento che è molto elettroreattivo, come il litio, che archivia l’energia elettrica spostando elettroni da un metallo a unione e viceversa.
Un altro modo per archiviare l’energia è attraverso i supercondensatori, che archiviano la carica elettrica sulla superficie di un materiale come il grafene direttamente. Infine, l’energia può essere archiviata sotto forma di calore o movimento, come nelle batterie termiche e nei volani.
Tuttavia, sembra che un nuovo metodo sia stato appena aggiunto alle potenziali forme di archiviazione dell’energia da parte di ricercatori australiani del Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), dell’Università RMIT e dell’Università di Melbourne.
Hanno presentato un prototipo iniziale di una “batteria quantistica”, che sfrutta gli effetti quantistici invece della carica elettrica, della reazione chimica o del calore e del movimento per archiviare l’energia. Hanno descritto i loro risultati in un articolo scientifico pubblicato sulla prestigiosa rivista Light Sciences & Applications1, con il titolo “Superextensive electrical power from a quantum battery”.
Cosa È Una Batteria Quantistica?
Invece di chimica e/o carica elettrica, le batterie quantistiche utilizzano i principi controintuitivi della meccanica quantistica, tra cui la sovrapposizione e l’entanglement.
L’entanglement è un fenomeno in cui due o più particelle diventano così profondamente collegate che condividono uno stato quantistico unico, indipendentemente dalla distanza che le separa.
Finora, questa idea è stata ampiamente esplorata in teoria, ma con pochissimi esperimenti pratici che testano il concetto nel mondo reale.
L’idea chiave con il prototipo sviluppato dai ricercatori è un sistema chiamato microcavità, che può intrappolare la luce e quindi convertirla in elettricità. In questo caso, i ricercatori hanno utilizzato cavità di Fabry-Pérot, un “sandwich” in cui la luce si riflette tra due specchi paralleli, già considerato per molte applicazioni, come la costruzione di nuovi tipi di sensori.
Source: Applied Physics B
Un altro concetto chiave è la superassorbimento di energia dalla luce, il fenomeno opposto alla superradiance. La superassorbimento è un fenomeno quantomeccanico in cui un gruppo di atomi o molecole assorbe la luce collettivamente a una velocità più rapida della somma delle loro velocità di assorbimento individuali.
Quindi, invece di sommare come con i materiali normali, la capacità di assorbimento aumenta esponenzialmente.
Di conseguenza, una raccolta di particelle può teoricamente assorbire la luce fino a 10 volte più velocemente delle particelle indipendenti, offrendo un potenziale per un trasferimento di energia estremamente rapido. Ciò sarebbe, naturalmente, molto utile per un sistema di batterie.
Nella pratica, la superassorbimento è difficile da mantenere in setup pratici, poiché i sistemi naturali tendono a favorire l’emissione di luce rispetto all’assorbimento.
Primo Prototipo Di Una Batteria Quantistica
I ricercatori hanno utilizzato un design chiamato microcavità multistrato, utilizzando il ftalocianina di rame (CuPc), un pigmento sintetico blu brillante comunemente utilizzato come semiconduttore organico in OLED e celle solari.
Source: Light Sciences & Applications
Ciò crea un forte accoppiamento luce-materia, o l’interazione tra la luce e una corrente elettrica generata.
“Durante la carica, l’energia viene rapidamente trasferita a uno stato triplette metastabile in CuPc, la cui popolazione persiste per sei ordini di grandezza più a lungo del pulsante laser di carica. L’estrazione elettrica è facilitata da strati di trasporto di carica che introducono sia un gradiente di energia, che favorisce la separazione e il trasporto di carica.”
Importante, questo design crea un output di potenza elettrica che scala superestensivamente (superassorbimento + superradiance) con la capacità della batteria. Quindi, più materiale è presente contemporaneamente, più rapida può essere la scarica elettrica.
“I nostri risultati confermano un effetto quantistico fondamentale che è completamente controintuitivo: le batterie quantistiche si caricano più velocemente man mano che crescono. Le batterie di oggi non funzionano in questo modo.”
Risultati Della Prima Batteria Quantistica
Il prototipo ha dimostrato la prima osservazione sperimentale di potenza di scarica elettrica in stato stazionario superestensivo, un fenomeno imprevisto dalla teoria quantistica, ma con un potenziale applicativo ovvio nelle batterie quantistiche.
Più precisamente, utilizzando metodi di spettroscopia ultra veloce, hanno misurato il comportamento di carica della batteria. Hanno scoperto che la batteria quantistica ha mantenuto l’energia archiviata per sei ordini di grandezza più a lungo (sei zeri) di quanto ci volesse per caricarla.
“Abbiamo dimostrato un dispositivo che può essere caricato, archiviare quell’energia e quindi scaricarla. Questo è uno sviluppo emozionante in un campo interdisciplinare in rapida crescita. Speriamo che le batterie quantistiche non siano più un’idea teorica ma qualcosa che può essere costruito in laboratorio.”
Hanno anche dimostrato che le microcavità possono essere caricate con luce coerente (laser) o “normale”, rendendole abbastanza flessibili per applicazioni pratiche oltre alle potenziali batterie.
Verso Batterie Quantistiche Pratiche
Stabilizzare L’energia Archiviata
Finora, una microcavità nell’esperienza può mantenere l’energia stabile solo per 50 nanosecondi, appena abbastanza per qualsiasi applicazione pratica nell’archiviazione dell’energia.
Tuttavia, questo va nella direzione giusta, poiché questo è tre ordini di grandezza più a lungo dello stato dell’arte equivalente in batterie quantistiche a microcavità che operano a temperatura ambiente. E un sistema più grande avrà probabilmente un periodo di conservazione dell’energia molto più lungo in ogni caso, anche senza un design migliorato.
L’estrazione dell’energia è stata testata, i dispositivi hanno mostrato densità di potenza di scarica massimale ragionevoli tra 10-40 microwatt/cm2, un risultato abbastanza onorevole quando paragonato a micro-supercapacitori ad alte prestazioni, che possono mostrare 30-175 microwatt/cm2.
Inoltre, questa prestazione è stata raggiunta a temperatura ambiente in condizioni ambientali, una situazione rara con i fenomeni quantistici che spesso richiedono temperature ultrafredde o pressioni elevate, come la superconduttività, ad esempio.
Poiché questo prototipo dimostra un percorso scalabile verso una grande capacità di archiviazione dell’energia, rappresenta un solido primo passo verso batterie quantistiche utilizzabili.
I Prossimi Passi
La prossima cosa da migliorare sarà quella di scalare il design e misurare quanto la superassorbimento aumenti le prestazioni nella pratica con più microcavità nello stesso dispositivo.
Un altro passo chiave da seguire sarà quello di cercare di aumentare radicalmente la durata dell’archiviazione dell’energia. Dispositivi più grandi, temperature più basse o una struttura a reticolo speciale potrebbero aiutare.
“Mentre c’è ancora molto lavoro da fare nella ricerca sulla batteria quantistica, abbiamo fatto un importante passo verso la realizzazione delle possibilità. Il prossimo passo per le batterie quantistiche adesso è estendere il tempo di archiviazione dell’energia. Se possiamo superare quell’ostacolo, saremmo più vicini a batterie quantistiche commercialmente valide.”
Nel lungo termine, una tale batteria potrebbe superare le batterie chimiche o almeno i supercondensatori, che vengono utilizzati sempre più in tandem con le batterie chimiche in macchinari pesanti, camion elettrici, ecc.
Potrebbero anche potenzialmente essere un solido relais/buffer per caricare una batteria standard più velocemente, o formare la base di nuovi pannelli solari più efficienti.
“La mia ambizione finale è un futuro in cui possiamo caricare le auto elettriche molto più velocemente delle auto a benzina, o caricare i dispositivi a distanza senza fili.”
Il fenomeno rivelato da questo prototipo potrebbe essere utilizzato oltre le batterie quantistiche. Ad esempio, potrebbe essere utilizzato per creare nuovi tipi di dispositivi luce-potere, compresi i sistemi fotovoltaici.
Investire In Batterie Quantistiche
QuantumScape
(QS )
Poiché questo prototipo di batteria quantistica è il primo del suo genere, non c’è un modo diretto per investire in questo concetto al momento. Ma i progressi nella tecnologia delle batterie sono rapidi e il passaggio completo dalle auto a carburante alle auto elettriche è sempre più probabile in un breve lasso di tempo, poiché le auto elettriche avranno presto più potenza, più autonomia e diventeranno più economiche da gestire. E questo era prima che si profilasse all’orizzonte uno shock dei prezzi del petrolio a causa della guerra con l’Iran.
Una parte chiave di questa evoluzione sono le batterie a stato solido, un tipo di design che rimuove l’elettrolita normalmente utilizzato nelle batterie al litio, rendendo la batteria sia più densa che più sicura.
Un’azienda leader in questo settore è QuantumScape, un’azienda fondata nel 2010 e in una profonda partnership con il Gruppo Volkswagen per aiutare il secondo produttore automobilistico più grande del mondo a recuperare il ritardo nella tecnologia delle auto elettriche.
Source: QuantumScape
Sotto l’accordo del 2024, PowerCo (dipartimento batterie di Volkswagen) può produrre fino a 40 gigawatt-ore all’anno di batterie per veicoli elettrici, con l’opzione di espandersi a 80 GWh all’anno. Ciò consente anche a Volkswagen di fornire fino a 5 GWh di capacità di riserva aggiuntiva QuantumScape ogni anno per clienti al di fuori del Gruppo Volkswagen, nonché il diritto di licenziare alcune future tecnologie QS.
Nel 2025, una batteria QuantumScape è stata incorporata in una motocicletta elettrica di alta gamma Ducati. Ducati fa parte del Gruppo Volkswagen, insieme a marchi automobilistici come Audi, Bentley, CUPRA, Lamborghini, Porsche, SEAT e Škoda.
Il design della batteria di QuantumScape è estremamente denso di energia, molto più alto delle migliori progettazioni al litio utilizzate da Tesla, e si carica 2-3 volte più velocemente, risolvendo il problema del lento tempo di ricarica delle auto elettriche, un problema importante per molti consumatori abituati alle auto a carburante.
Source: QuantumScape
Con un breve tempo di commercializzazione e una partnership cementata con un gruppo automobilistico che vende milioni di auto all’anno, QuantumScape è ben posizionata per diventare uno dei principali fornitori di batterie ai produttori automobilistici occidentali, con la concorrenza che è costituita da produttori di batterie cinesi come CATL o aziende relativamente nuove come Donut Labs.
Sta ora aumentando la produzione di massa della sua batteria, con la motocicletta Ducati come demo tecnologica, prima che una nuova linea di auto elettriche di Porsche, Audi e altri marchi automobilistici ricostruiti con batterie QuantumScape all’interno entrino nel mercato.
(Puoi leggere di più su QuantumScape e il suo design di batteria a stato solido nel nostro rapporto di investimento dedicato all’azienda e su Volkswagen e la sua strategia di auto elettriche in questo altro rapporto dedicato.)
Ultime Notizie E Sviluppi Di QuantumScape (QS)
Studio Di Riferimento
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
