Energie
Eerste prototype van kwantumbatterij creëert nieuwe vorm van energieopslag
Als het gaat om het opslaan van energie, zijn de belangrijkste methoden tamelijk consistent. De meest voorkomende is in de vorm van een chemische reactie, meestal door een element te gebruiken dat zeer elektroreactief is, zoals lithium, dat de elektrische energie opslaat door elektronen van een metaal naar een ion en omgekeerd te verplaatsen.
Een andere manier om energie op te slaan is via ultracapacitors, die de elektrische lading direct op het oppervlak van een materiaal zoals grafeen opslaan. Ten slotte kan energie worden opgeslagen in de vorm van warmte of beweging, zoals in warmtebatterijen en vliegwielen.
Het lijkt er echter op dat een nieuwe methode zojuist is toegevoegd aan de mogelijke vormen van energieopslag door Australische onderzoekers van de Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), de RMIT University en de University of Melbourne.
Ze onthulden een vroeg prototype van een “kwantumbatterij”, die kwanteffecten benut in plaats van elektrische lading, chemische reactie of warmte & beweging om energie op te slaan. Ze beschreven hun bevindingen in een wetenschappelijk artikel gepubliceerd in de prestigieuze review Light Sciences & Applications1, onder de titel “Superextensive electrical power from a quantum battery”.
Wat is een kwantumbatterij?
In plaats van chemische en/of elektrische lading gebruiken kwantumbatterijen de eerder contra-intuïtieve principes van de kwantummechanica, waaronder superpositie en verstrengeling.
Verstrengeling is een fenomeen waarbij twee of meer deeltjes zo diep met elkaar verbonden raken dat ze één kwantumtoestand delen, ongeacht de afstand die hen scheidt.
Tot nu toe is dit idee uitgebreid theoretisch onderzocht, maar met zeer weinig praktische experimenten die het concept in de echte wereld testen.
Het kernidee van het prototype dat door de onderzoekers is ontwikkeld, is een systeem dat een microcaviteit wordt genoemd, dat licht kan vangen en vervolgens kan omzetten in elektriciteit. In dit geval gebruikten de onderzoekers Fabry‑Pérot‑caviteiten, een “sandwich” waarbij licht tussen twee parallelle spiegels reflecteert, wat al wordt overwogen voor vele toepassingen, zoals het bouwen van nieuwe soorten sensoren.
Bron: Applied Physics B
Een ander belangrijk concept is superabsorptie van energie uit licht, het tegenovergestelde fenomeen van superstraling. Superabsorptie is een kwantummechanisch fenomeen waarbij een groep atomen of moleculen licht collectief absorbeert met een snelheid die sneller is dan de som van hun individuele absorptiesnelheden.
Dus in plaats van op te tellen zoals bij normaal materiaal, neemt de absorptiecapaciteit exponentieel toe.
Als gevolg daarvan kan een verzameling deeltjes theoretisch licht tot wel 10 keer sneller absorberen dan onafhankelijke deeltjes, wat potentieel biedt voor extreem snelle energietransfer. Dat zou natuurlijk zeer nuttig zijn voor een batterijsysteem.
In de praktijk is superabsorptie moeilijk te handhaven in praktische opstellingen, omdat natuurlijke systemen de neiging hebben lichtuitstraling boven absorptie te verkiezen.
Eerste prototype van een kwantumbatterij
De onderzoekers gebruikten een ontwerp dat een gelaagde microcaviteit wordt genoemd, met koper‑ftalocyanine (CuPc), een felblauw synthetisch pigment dat vaak wordt gebruikt als organische halfgeleider in OLED’s en zonnecellen.
Dit creëert een sterke licht‑materie‑koppeling, ofwel de interactie tussen licht en een gegenereerde elektrische stroom.
“Bij het opladen wordt de energie snel overgebracht naar een metastabiele triplet‑toestand in CuPc, waarvan de populatie zes orders van grootte langer aanhoudt dan de oplaad‑laserpuls. Elektrische extractie wordt gefaciliteerd door ladings‑transportlagen die zowel een energiegraadverschil introduceren, wat ladingsscheiding en transport bevordert.”
Belangrijk is dat dit ontwerp een elektrische vermogensoutput oplevert die superextensief (superabsorptie + superstraling) schaalt met de capaciteit van de batterij. Dus hoe meer van dit materiaal er tegelijk aanwezig is, hoe sneller de elektrische ontlading kan plaatsvinden.
“Onze bevindingen bevestigen een fundamenteel kwantumeffect dat volledig contra‑intuitief is: kwantumbatterijen laden sneller op naarmate ze groter worden. Huidige batterijen functioneren niet op die manier.”
Eerste resultaten van de kwantumbatterij
Het prototype toonde de eerste experimentele observatie van superextensief stationair elektrisch ontladingsvermogen, een niet‑voorspeld fenomeen volgens de kwantumtheorie, maar met duidelijk potentieel voor kwantumbatterijen.
Meer precies, met behulp van ultrasnelle spectroscopiemethoden maten ze het oplaadgedrag van de batterij. Ze ontdekten dat de kwantumbatterij de opgeslagen energie zes orders van grootte langer (zes nullen) vasthield dan nodig was om op te laden.
“We hebben een apparaat gedemonstreerd dat kan worden opgeladen, die energie kan opslaan en vervolgens kan ontladen. Dit is een spannende ontwikkeling in een snelgroeiend interdisciplinair veld. Hopelijk zullen kwantumbatterijen binnenkort niet meer alleen een theoretisch idee zijn, maar iets dat in het laboratorium kan worden gebouwd.”
Daniel Gómez – RMIT Professor of Chemical Physics.
Ze toonden ook aan dat de microcaviteiten zowel met coherente licht (lasers) als met “normaal” licht kunnen worden opgeladen, waardoor ze flexibel genoeg zijn voor praktische toepassingen buiten potentiële batterijen.
Op weg naar praktische kwantumbatterijen
Stabiliseren van de opgeslagen energie
Tot nu toe kan een microcaviteit in de ervaring de energie slechts 50 nanoseconden stabiel houden, nauwelijks genoeg voor enige praktische toepassing in energieopslag.
Dit is echter een stap in de goede richting, aangezien dit drie orders van grootte langer is dan de equivalente state‑of‑the‑art microcaviteit‑kwantumbatterijen die bij kamertemperatuur opereren. Een groter systeem zal waarschijnlijk in elk geval een veel langere periode van energiebewaring hebben, zelfs zonder een verbeterd ontwerp.
De energie‑extractie werd getest; de apparaten vertoonden redelijke maximale ontladings‑energiedichtheden tussen 10‑40 microwatt/cm2, een tamelijk eervolle uitkomst vergeleken met high‑performance micro‑supercapacitors, die zelf 30‑175 microwatt/cm2 kunnen bereiken.
Bovendien werd deze prestatie behaald bij kamertemperatuur onder normale omstandigheden, een zeldzame situatie voor kwantumfenomenen die vaak ultra‑koude temperaturen of hoge druk vereisen, zoals supergeleiding bijvoorbeeld.
Omdat dit prototype een schaalbaar pad naar grote energieopslagcapaciteit aantoont, vormt het een solide eerste stap richting bruikbare kwantumbatterijen.
De volgende stappen
Het volgende om te verbeteren zal zijn het ontwerp op te schalen en te meten hoeveel superabsorptie de prestaties in de praktijk verhoogt met meer microcaviteiten in hetzelfde apparaat.
Een andere cruciale stap is te proberen de duur van de energieopslag radicaal te verlengen. Grotere apparaten, lagere temperaturen, of een speciale roosterstructuur zouden kunnen helpen.
“Hoewel er nog veel werk te doen is in kwantumbatterij‑onderzoek, hebben we een belangrijke stap gezet richting het realiseren van de mogelijkheden. De volgende stap voor kwantumbatterijen is nu het verlengen van hun energieopslag‑tijd. Als we dat obstakel kunnen overwinnen, zouden we een stap dichter bij commercieel levensvatbare kwantumbatterijen zijn.”
Op de lange termijn zou zo’n batterij chemisch gebaseerde batterijen, of op zijn minst supercapacitors, die steeds vaker samen met chemische batterijen in zware machines, elektrische vrachtwagens, enz. worden gebruikt, kunnen overtreffen.
Ze zouden ook potentieel kunnen dienen als een solide relais/buffer om een standaardbatterij sneller op te laden, of de basis vormen voor nieuwe, efficiëntere zonnepanelen.
“Mijn ultieme ambitie is een toekomst waarin we elektrische auto’s veel sneller kunnen opladen dan benzineauto’s, of apparaten over lange afstanden draadloos kunnen opladen.”
Het fenomeen dat door dit prototype is onthuld, zou bruikbaar kunnen zijn buiten kwantumbatterijen. Bijvoorbeeld, het zou kunnen worden ingezet om nieuwe soorten licht‑naar‑energie‑apparaten te creëren, inclusief fotovoltaïsche systemen.
Investeren in kwantumbatterijen
QuantumScape
(QS )
Aangezien dit kwantumbatterij‑prototype het allereerste in zijn soort is, is er nog geen directe manier om in dit concept te investeren. Maar de vooruitgang in batterijtechnologie gaat snel, en de volledige overgang van brandstofvoertuigen naar elektrische voertuigen wordt steeds waarschijnlijker op korte termijn, aangezien EV’s binnenkort meer vermogen, meer bereik en lagere operationele kosten zullen hebben. En dit was nog vóór een grote olieprijsschok aan de horizon door de oorlog met Iran.
Een belangrijk onderdeel van deze evolutie zijn solid‑state batterijen, een type ontwerp dat het elektrolyt dat normaal in lithium‑ion batterijen wordt gebruikt, verwijdert, waardoor de batterij zowel veel dichter als veiliger wordt.
Een toonaangevend bedrijf in dit veld is QuantumScape, een bedrijf opgericht in 2010 en in een diepe samenwerking met de Volkswagen Group om de wereld’s #2 grootste autofabrikant te helpen inhalen op het gebied van EV‑technologie.
Bron: QuantumScape
Onder de overeenkomst van 2024, kan PowerCo (Volkswagen‑batterijafdeling) tot 40 gigawatt‑uur per jaar aan elektrische‑voertuig‑batterijen produceren, met de mogelijkheid om uit te breiden naar 80 GWh per jaar. Het stelt ook Volkswagen in staat om tot een extra 5 GWh reservecapaciteit per jaar aan QuantumScape te leveren voor klanten buiten de Volkswagen Group, evenals het recht om bepaalde toekomstige QS‑technologieën te licentiëren.
In 2025 werd een QuantumScape‑batterij geïntegreerd in een high‑end elektrische Ducati‑motorfiets. Ducati maakt deel uit van de Volkswagen‑groep, samen met automerken zoals Audi, Bentley, CUPRA, Lamborghini, Porsche, SEAT en Škoda.
Het batterij‑ontwerp van QuantumScape is extreem energiedicht, veel hoger dan de beste lithium‑ion ontwerpen die door Tesla worden gebruikt, en laadt 2‑3 x sneller, waardoor het langzame oplaad‑probleem van EV’s, een groot obstakel voor veel consumenten die gewend zijn aan brandstofauto’s, wordt opgelost.
Bron: QuantumScape
Met een korte tijdlijn naar commercialisatie en een verankerde samenwerking met een automobielgroep die jaarlijks miljoenen auto’s verkoopt, is QuantumScape goed gepositioneerd om een van de leidende batterijaannemers voor westerse fabrikanten te worden, waarbij de concurrentie bestaat uit Chinese batterijproducenten zoals CATL of relatief nieuwe bedrijven zoals Donut Labs.
Het bedrijf schaalt nu de massaproductie van zijn batterij op, waarbij de Ducati‑motorfiets slechts de technologische demonstratie is, vóór een nieuwe lijn EV’s van Porsche, Audi en andere automerken die met QuantumScape‑batterijen zijn uitgerust en de markt betreden.
(U kunt meer lezen over QuantumScape en zijn solid‑state batterij‑ontwerp in ons investeringsrapport gewijd aan het bedrijf en over Volkswagen en zijn EV‑strategie in dit andere dedicated report.)
Laatste QuantumScape (QS) Nieuws & Ontwikkelingen
Gerefereerde studie
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
