Första prototypen av kvantbatteri skapar en ny form av energilagring

När det gäller lagring av energi är de huvudsakliga metoderna ganska lika. Den vanligaste är att utnyttja en kemisk reaktion, vanligtvis genom att använda ett element som är mycket elektroaktivt, som litium, som lagrar den elektriska energin genom att flytta elektroner från en metall till en jon och vice versa.

Ett annat sätt att lagra energi är ultrakondensatorer, som lagrar den elektriska laddningen direkt på ytan av ett material som grafen. Slutligen kan energi lagras i form av värme eller rörelse, som i värmebatterier och svänghjul.

Det verkar dock som att en ny metod precis har lagts till de potentiella formerna av energilagring av australiensiska forskare vid Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), RMIT University och University of Melbourne.

De presenterade en tidig prototyp av ett ”kvantbatteri”, som utnyttjar kvanteffekter istället för elektrisk laddning, kemisk reaktion eller värme & rörelse för att lagra energi. De detaljerade sina fynd i en vetenskaplig artikel publicerad i den prestigefyllda tidskriften Light Sciences & Applications¹, under titeln “Superextensive electrical power from a quantum battery”.

Vad är ett kvantbatteri?

Istället för kemisk och/eller elektrisk laddning använder kvantbatterier de snarare kontraintuitiva principerna inom kvantmekanik, inklusive superposition och sammanflätning.

Sammanflätning är ett fenomen där två eller fler partiklar blir så djupt sammankopplade att de delar ett enda kvanttillstånd, oavsett avståndet som skiljer dem åt.

Hittills har idén utforskats omfattande i teori, men med mycket få praktiska experiment som testar konceptet i verkligheten.

Den centrala idén med prototypen som forskarna utvecklat är ett system kallat en mikrokavitet, som kan fånga ljus och sedan omvandla det till elektricitet. I detta fall använde forskarna Fabry‑Pérot‑kaviter, ett ”sandwich” där ljus reflekteras mellan två parallella speglar, vilket redan övervägs för många tillämpningar, såsom att bygga nya typer av sensorer.

Källa: Applied Physics B

Ett annat nyckelkoncept är superabsorption av energi från ljus, det motsatta fenomenet till superstrålning. Superabsorption är ett kvantmekaniskt fenomen där en grupp av atomer eller molekyler absorberar ljus kollektivt med en hastighet som är snabbare än summan av deras individuella absorptionshastigheter.

Så istället för att addera som med normalt material ökar absorptionskapaciteten exponentiellt.

Som ett resultat kan en samling partiklar teoretiskt absorbera ljus upp till 10 gånger snabbare än oberoende partiklar, vilket ger potential för extremt snabb energitransfer. Detta skulle naturligtvis vara mycket användbart för ett batterisystem.

I praktiken är superabsorption svår att upprätthålla i praktiska uppställningar, eftersom naturliga system tenderar att föredra ljusemission framför absorption.

Första prototypen av ett kvantbatteri

Forskarna använde en design kallad en flerskiktsmikrokavitet, med kopparftalocyanin (CuPc), ett ljusblått syntetiskt pigment som vanligtvis används som organisk halvledare i OLED:er och solceller.

Källa: Light Sciences & Applications

Detta skapar en stark ljus‑materiekoppling, eller interaktionen mellan ljus och en genererad elektrisk ström.

“Vid laddning överförs energin snabbt till ett metastabilt tripletillstånd i CuPc, vars population kvarstår sex storleksordningar längre än laddningslaserpulsen. Elektrisk extraktion underlättas av laddningstransportlager som introducerar både ett energigradient, vilket gynnar laddningsseparation och transport.”

Viktigt är att denna design skapar en elektrisk effektutgång som skalar superextensivt (superabsorption + superstrålning) med batteriets kapacitet. Så ju mer av detta material som finns samtidigt, desto snabbare kan den elektriska urladdningen vara.

“Våra fynd bekräftar en grundläggande kvanteffekt som är helt kontraintuitiv: kvantbatterier laddas snabbare när de blir större. Dagens batterier fungerar inte så.” Forskningsledare James Quach.

Första kvantbatteriets resultat

Prototypen demonstrerade den första experimentella observationen av superextensiv steady-state elektrisk urladdningskraft, ett oförutsagt fenomen enligt kvantteorin, men med uppenbar potentiell tillämpning i kvantbatterier.

Mer exakt, med hjälp av ultrarapida spektroskopimetoder, mätte de batteriets laddningsbeteende. De fann att kvantbatteriet behöll lagrad energi sex storleksordningar längre (sex nollor) än det tog att ladda.

“Vi demonstrerade en enhet som kan laddas, lagra den energin och sedan urladda den. Detta är en spännande utveckling inom ett snabbt växande tvärvetenskapligt område. Förhoppningsvis kommer kvantbatterier snart inte längre att vara en teoretisk idé utan något som kan byggas i laboratoriet.” Daniel Gómez – RMIT‑professor i kemisk fysik.

De demonstrerade också att mikrokaviterna kan laddas med både koherent ljus (laser) eller ”normalt” ljus, vilket gör dem tillräckligt flexibla för praktiska tillämpningar bortom potentiella batterier.

Mot praktiska kvantbatterier

Stabilisera den lagrade energin

Hittills kan en mikrokavitet i erfarenheten hålla energin stabil endast i 50 nanosekunder, vilket knappt räcker för någon praktisk tillämpning i energilagring.

Detta går dock i rätt riktning, eftersom detta är tre storleksordningar längre än motsvarande toppnivå i mikrokavitet‑kvantbatterier som fungerar vid rumstemperatur. Och ett större system kommer sannolikt att ha en mycket längre period av energibevarande i vilket fall som helst, även utan en förbättrad design.

Energiextraktion testades, enheterna visade rimliga maximala urladdningseffektdensiteter mellan 10‑40 mikrowatt/cm², ett ganska hedervärt resultat jämfört med högpresterande mikro‑superkondensatorer, som själva kan uppvisa 30‑175 mikrowatt/cm².

Dessutom uppnåddes denna prestanda vid rumstemperatur under normala förhållanden, en sällsynt situation för kvantfenomen som ofta kräver ultrakalla temperaturer eller högt tryck, som till exempel supraledning.

Eftersom denna prototyp visar en skalbar väg till stor energilagringskapacitet, representerar den ett solidt första steg mot användbara kvantbatterier.

Nästa steg

Det nästa att förbättra blir att skala upp designen och mäta hur mycket superabsorption förbättrar prestandan i praktiken med fler mikrokaviter i samma enhet.

Ett annat nyckelsteg blir att försöka radikalt förlänga varaktigheten för energilagringen. Större enheter, kallare temperaturer eller en speciell gitterstruktur kan hjälpa.

“Även om det fortfarande finns mycket arbete kvar inom kvantbatteriforskning, har vi gjort ett viktigt steg mot att förverkliga möjligheterna. Nästa steg för kvantbatterier just nu är att förlänga deras energilagringstid. Om vi kan övervinna detta hinder skulle vi vara ett steg närmare kommersiellt gångbara kvantbatterier.” Forskningsledare James Quach.

På lång sikt skulle ett sådant batteri kunna överträffa kemibaserade batterier, eller åtminstone superkondensatorer, som i ökande grad används tillsammans med kemibatterier i tung utrustning, eltruckar osv.

De skulle också potentiellt kunna fungera som en solid omkopplare/buffert för att ladda ett standardbatteri snabbare, eller bilda grunden för nya, mer effektiva solpaneler.

“Min yttersta ambition är en framtid där vi kan ladda elbilar mycket snabbare än bensinbilar, eller ladda enheter på långa avstånd trådlöst.” Forskningsledare James Quach.

Fenomenet som avslöjats av denna prototyp kan vara användbart bortom kvantbatterier. Till exempel kan det användas för att skapa nya typer av ljus‑till‑energi‑enheter, inklusive fotovoltaiska system.

Investera i kvantbatterier

QuantumScape

Eftersom denna kvantbatteriprototyp är den allra första av sitt slag finns det ännu inget direkt sätt att investera i detta koncept. Men framstegen inom batteriteknik är snabba, och en fullständig övergång från fossila fordon till elbilar blir alltmer sannolik på kort tid, eftersom elbilar snart kommer att ha mer kraft, längre räckvidd och bli billigare att driva. Och detta var innan en stor oljekris hotade horisonten på grund av kriget med Iran.

En nyckeldel av denna utveckling är solid‑state‑batterier, en typ av design som tar bort elektrolyten som normalt används i litium‑jon‑batterier, vilket gör batteriet både mycket tätare och säkrare.

Ett ledande företag inom området är QuantumScape (QS ), ett företag som grundades 2010 och har ett djupt partnerskap med Volkswagen Group för att hjälpa världens näst största biltillverkare att komma ikapp inom elbilsteknik.

Källa: QuantumScape

Under 2024‑avtalet, PowerCo (Volkswagens batteriavdelning) kan producera upp till 40 gigawattimmar per år av elfordonsbatterier, med möjlighet att expandera till 80 GWh per år. Det gör också att Volkswagen kan tillhandahålla upp till ytterligare 5 GWh sparekapacitet som QuantumScape har varje år för kunder utanför Volkswagen Group, samt rätten att licensiera vissa framtida QS‑teknologier.

År 2025 integrerades ett QuantumScape‑batteri i en högpresterande elektrisk Ducati‑motorcykel. Ducati är en del av Volkswagen‑gruppen, tillsammans med bilmärken som Audi, Bentley, CUPRA, Lamborghini, Porsche, SEAT och Škoda.

QuantumScapes batteridesign är extremt energität, mycket högre än de bästa litium‑jon‑designerna som används av Tesla (TSLA ), och laddas 2‑3 gånger snabbare, vilket löser elbilarnas långsamma laddningstid, ett stort problem för många konsumenter som är vana vid bensinbilar.

Källa: QuantumScape

Med en kort tidslinje till kommersialisering och ett cementerat partnerskap med en biltillverkare som säljer miljontals bilar per år, är QuantumScape väl positionerat för att bli en av de ledande batterileverantörerna till västerländska tillverkare, med konkurrensen bestående av antingen kinesiska batteritillverkare som CATL eller relativt nya företag som Donut Labs.

Det skalar nu upp massproduktionen av sitt batteri, där Ducati‑motorcykeln bara är en teknisk demonstration, innan en ny serie elbilar från Porsche, Audi och andra bilmärken som byggts om med QuantumScape‑batterier inuti når marknaden.

(Du kan läsa mer om QuantumScape och dess solid‑state‑batteridesign i vår investeringsrapport dedikerad till företaget och om Volkswagen och deras EV‑strategi i den här andra dedikerade rapporten.)

Senaste QuantumScape (QS) nyheter & utveckling

Refererad studie

^{1. Hymas, K., Muir, J.B., Tibben, D. et al. Superextensiv elektrisk kraft från ett kvantbatteri. Light Sciences & Applications 15, 168 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-026-02240-6}