エネルギー
量子バッテリーの最初のプロトタイプが新しいエネルギー貯蔵形態を創出
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エネルギーを貯蔵する際、主な方法はほぼ一定です。最も一般的なのは化学反応を利用する形で、通常はリチウムのような非常に電気反応性の高い元素を使用し、金属からイオンへ、またはその逆に電子を移動させることで電気エネルギーを蓄えます。
エネルギーを貯蔵する別の方法はウルトラキャパシタで、グラフェンのような材料表面に電荷を直接蓄えます。最後に、熱や運動の形でエネルギーを貯蔵することもでき、熱バッテリーやフライホイールがその例です。
しかし、オーストラリアの研究者（CSIRO、RMIT大学、メルボルン大学）が、エネルギー貯蔵の潜在的形態に新しい方法を加えたようです。
彼らは「量子バッテリー」の初期プロトタイプを発表しました。このバッテリーは電荷、化学反応、熱や運動の代わりに量子効果を利用してエネルギーを貯蔵します。研究成果は権威あるレビュー『Light Sciences & Applications』1に掲載された論文「Superextensive electrical power from a quantum battery」で詳細に報告されています。
量子バッテリーとは何か？
化学的または電気的な電荷の代わりに、量子バッテリーは重ね合わせやエンタングルメントなど、直感に反する量子力学の原理を利用します。
エンタングルメントとは、二つ以上の粒子が非常に深く結びつき、距離に関係なく単一の量子状態を共有する現象です。
これまで、この概念は理論的に広く探求されてきましたが、実世界で概念を検証する実験はほとんど行われていません。
研究者が開発したプロトタイプの核心は、光を閉じ込めて電気に変換できる「マイクロキャビティ」と呼ばれるシステムです。今回、研究者はファブリ・ペローブキャビティを使用しました。これは光が二枚の平行鏡の間で反射する「サンドイッチ」構造で、既に新しいタイプのセンサーなど多くの応用が検討されています。
もう一つの重要な概念は光からのエネルギーのスーパー吸収で、これはスーパー放射の逆現象です。スーパー吸収は、原子や分子の集合が個々の吸収率の合計よりも速い速度で光を集団的に吸収する量子力学的現象です。
したがって、通常の材料のように単純に足し合わせるのではなく、吸収能力は指数関数的に増加します。
その結果、粒子の集合は理論的に独立した粒子より最大10倍速く光を吸収でき、極めて高速なエネルギー転送の可能性を提供します。これはもちろん、バッテリーシステムに非常に有用です。
実際には、自然系は光の放出を好むため、実用的な設定でスーパー吸収を維持することは困難です。
量子バッテリーの最初のプロトタイプ
研究者は多層マイクロキャビティという設計を用い、銅フタロシアニン（CuPc）という鮮やかな青色の合成色素を使用しました。CuPcはOLEDや太陽電池で有機半導体として一般的に使用されています。
これにより強い光と物質の結合、すなわち光と生成された電流との相互作用が生まれます。
「充電時、エネルギーはCuPcの準安定三重項状態へ急速に転移し、その集団は充電レーザーパルスの6桁（10^6）倍長く持続します。電気抽出は、エネルギー勾配を導入し電荷分離と輸送を促進する電荷輸送層によって容易になります。」
重要なのは、この設計がバッテリー容量に比例してスーパーエクステンシブ（スーパー吸収＋スーパー放射）に電力出力を拡大させることです。したがって、材料が多く存在すればするほど、電気放電はより速くなります。
「我々の発見は、根本的な量子効果—量子バッテリーはサイズが大きくなるほど速く充電されるという、全く直感に反する現象—を裏付けています。現在のバッテリーはそのように機能しません。」 Research lead James Quach.
量子バッテリーの最初の結果
このプロトタイプは、スーパーエクステンシブな定常状態電気放電パワーの初めての実験的観測を示しました。これは量子理論では予測されていなかった現象ですが、量子バッテリーへの明らかな応用可能性があります。
より正確には、超高速分光法を用いてバッテリーの充電挙動を測定しました。その結果、量子バッテリーは充電に要した時間の6桁（10^6）倍長くエネルギーを保持していることが分かりました。
「我々は充電でき、エネルギーを蓄え、放電できるデバイスを実証しました。これは急速に成長する学際的分野におけるエキサイティングな進展です。量子バッテリーが理論的概念に留まらず、実験室で構築できるようになることを期待しています。」 Daniel Gómez – RMIT Professor of Chemical Physics.
さらに、マイクロキャビティはコヒーレント光（レーザー）だけでなく「通常」光でも充電できることを示し、潜在的なバッテリー以外の実用的応用にも十分な柔軟性を持つことが分かりました。
実用的な量子バッテリーへ向けて
貯蔵エネルギーの安定化
これまでのところ、マイクロキャビティはエネルギーを安定して保持できる時間はわずか50ナノ秒で、エネルギー貯蔵の実用的な応用にはほとんど不十分です。
しかし、これは正しい方向への進展であり、室温で動作するマイクロキャビティ量子バッテリーの最先端と比べて3桁（10^3）長くなっています。さらに、設計改善がなくても、より大きなシステムはエネルギー保持期間がはるかに長くなると考えられます。
エネルギー抽出がテストされ、デバイスは10〜40 µW/cm2の合理的な最大放電電力密度を示しました。これは、30〜175 µW/cm2を示す高性能マイクロスーパーキャパシタと比較しても、かなり名誉ある結果です。
さらに、この性能は常温・常圧下で達成されました。量子現象は通常、超低温や高圧（例えば超伝導）を必要とすることが多いため、これは稀なケースです。
このプロトタイプが大容量エネルギー貯蔵へのスケーラブルな道筋を示すことから、実用的な量子バッテリーへの確かな第一歩となります。
次のステップ
次に改善すべきは設計を拡大し、同一デバイス内に多数のマイクロキャビティを配置した際にスーパー吸収が実際にどれだけ性能を向上させるかを測定することです。
次の重要なステップは、エネルギー貯蔵時間を根本的に延長することです。より大きなデバイス、低温、または特殊な格子構造が役立つ可能性があります。
「量子バッテリー研究にはまだ多くの課題が残っていますが、可能性の実現に向けて重要な一歩を踏み出しました。現在の量子バッテリーの次のステップはエネルギー貯蔵時間の延長です。そのハードルを克服できれば、商業的に実用可能な量子バッテリーに一歩近づくことになります。」 Research lead James Quach.
長期的には、このようなバッテリーは化学系バッテリーや、重機や電動トラックなどで化学バッテリーと併用されることが増えているスーパーキャパシタを上回る可能性があります。
また、標準バッテリーをより速く充電するための堅固なリレー/バッファとして、あるいは新しい、より効率的な太陽光パネルの基盤となる可能性もあります。
「私の究極の目標は、電気自動車をガソリン車よりはるかに速く充電でき、デバイスを長距離でワイヤレス充電できる未来を実現することです。」 Research lead James Quach.
このプロトタイプで明らかになった現象は、量子バッテリー以外でも利用可能です。例えば、光から電力へ変換する新しいタイプのデバイスや光起電力システムの開発に応用できるでしょう。
量子バッテリーへの投資
QuantumScape
QS 価格チャート
この量子バッテリープロトタイプは初の試みであるため、現時点でこの概念に直接投資する方法はありません。しかし、バッテリー技術の進歩は速く、燃料車から電気自動車への完全移行は短期間で実現しつつあり、電気自動車はより高出力・長航続・低コストになる見込みです。また、イランとの戦争による原油価格ショックが迫っている前の状況です。
この進化の重要な要素は固体電池で、リチウムイオン電池で通常使用される電解質を除去し、バッテリーをはるかに高エネルギー密度かつ安全にします。
この分野のリーディングカンパニーはQuantumScapeで、2010年に設立され、世界第2位の自動車メーカーであるフォルクスワーゲングループと深いパートナーシップを結び、EV技術の追いつきを支援しています。
出典: QuantumScape [securities_stock_price_tag symbol="QS" exchange="NASDAQ"]
2024年の合意に基づき、PowerCo（フォルクスワーゲンのバッテリー部門）は年間最大40 GWhの電気自動車用バッテリーを製造でき、80 GWhへ拡大するオプションもあります。また、フォルクスワーゲンはQuantumScapeが毎年保有する余剰容量5 GWhを、フォルクスワーゲングループ以外の顧客にも提供でき、将来のQS技術のライセンス権も取得できます。
2025年、QuantumScapeのバッテリーは高級電動ドゥカティバイクに組み込まれました。ドゥカティはフォルクスワーゲングループの一員で、アウディ、ベントレー、CUPRA、ランボルギーニ、ポルシェ、SEAT、スコダなどの自動車ブランドと同属しています。
QuantumScapeのバッテリーデザインは極めてエネルギー密度が高く、テスラが使用する最高のリチウムイオン設計をはるかに上回り、充電速度は2〜3倍速く、燃料車に慣れた多くの消費者にとっての大きな課題であるEVの充電時間の遅さを解決します。
(TSLA )
出典: QuantumScape
商業化までの短いタイムラインと、年間数百万台の車を販売する自動車グループとの確固たるパートナーシップにより、QuantumScapeは西側メーカーへの主要バッテリー供給者の一つになる有力な位置づけです。競合は、CATLのような中国のバッテリーメーカーや、比較的新しいDonut Labsなどです。
現在、QuantumScapeはバッテリーの大量生産を拡大しており、ドゥカティバイクは技術デモに過ぎません。今後、ポルシェ、アウディ、その他の自動車ブランドがQuantumScapeバッテリーを搭載した新型EVを市場に投入する予定です。
(YQuantumScapeとその固体電池設計について詳しく読むことができます 当社の投資レポート（会社専用）で また、フォルクスワーゲンとそのEV戦略についてこの別の 専用レポート.)
最新のQuantumScape（QS）ニュースと開発
参照された研究
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
