Unang Prototype ng Quantum Battery Lumikha ng Bagong Uri ng Imbakan ng Enerhiya

Kapag pinag-uusapan ang pag-iimbak ng enerhiya, ang mga pangunahing paraan ay halos pare-pareho. Ang pinaka-karaniwan ay sa anyo ng paggamit ng isang kemikal na reaksyon, karaniwang sa pamamagitan ng paggamit ng elementong napaka-electroreactive, tulad ng lithium, na nag-iimbak ng enerhiyang elektrikal sa pamamagitan ng paglipat ng mga electron mula sa metal papunta sa ion at pabalik.

Isa pang paraan ng pag-iimbak ng enerhiya ay ang mga ultracapacitor, na nag-iimbak ng karga elektriko sa ibabaw ng materyal tulad ng graphene nang direkta. Sa huli, maaaring iimbak ang enerhiya sa anyo ng init o galaw, tulad ng sa mga heat battery at flywheel.

Gayunpaman, tila may bagong paraan na idinagdag sa mga posibleng anyo ng pag-iimbak ng enerhiya ng mga mananaliksik mula sa Australia sa Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), RMIT University, at University of Melbourne.

Naglabas sila ng isang maagang prototype ng isang “quantum battery”, na gumagamit ng mga epekto ng quantum sa halip na karga elektrikal, kemikal na reaksyon, o init at galaw upang mag-imbak ng enerhiya. Inilahad nila ang kanilang mga natuklasan sa isang siyentipikong papel na inilathala sa prestihiyosong review na Light Sciences & Applications¹, sa pamagat na “Superextensive electrical power from a quantum battery”.

Ano ang Quantum Battery?

Sa halip na kemikal at/o karga elektrikal, gumagamit ang mga quantum battery ng medyo kontra-intuitibong mga prinsipyo ng quantum mechanics, kabilang ang superposisyon at pagkakaugnay.

Ang pagkakaugnay ay isang phenomenon kung saan dalawa o higit pang mga particle ay nagiging napakalalim na konektado na nagbabahagi ng iisang estado ng quantum, anuman ang layo sa pagitan nila.

Hanggang ngayon, ang ideyang ito ay masusing pinag-aralan sa teorya, ngunit may napakakaunting praktikal na eksperimento na sumusubok sa konsepto sa totoong mundo.

Ang pangunahing ideya sa prototype na binuo ng mga mananaliksik ay isang sistemang tinatawag na microcavity, na maaaring hulihin ang ilaw at pagkatapos ay i-convert ito sa kuryente. Sa kasong ito, gumamit ang mga mananaliksik ng Fabry‑Pérot cavities, isang “sandwich” kung saan ang ilaw ay nagre-reflect sa pagitan ng dalawang paralel na salamin, na itinuturing na para sa maraming aplikasyon, tulad ng pagbuo ng mga bagong uri ng sensor.

Pinagmulan: Applied Physics B

Isa pang mahalagang konsepto ay ang superabsorption ng enerhiya mula sa ilaw, ang kabaligtaran ng phenomenon na superradiance. Ang superabsorption ay isang quantum-mechanical na phenomenon kung saan isang grupo ng mga atom o molekula ay sabay-sabay na sumisipsip ng ilaw sa bilis na mas mabilis kaysa sa kabuuan ng kanilang indibidwal na mga rate ng pagsipsip.

Kaya sa halip na magdagdag tulad ng sa normal na materyal, ang kakayahang sumipsip ay tumataas nang eksponensyal.

Bilang resulta, ang isang koleksyon ng mga particle ay teoritikal na maaaring sumipsip ng ilaw hanggang sa 10 beses na mas mabilis kaysa sa mga independiyenteng particle, na nag-aalok ng potensyal para sa napakabilis na paglipat ng enerhiya. Na tiyak na magiging napaka-kapaki-pakinabang para sa isang sistema ng baterya.

Sa praktika, mahirap panatilihin ang superabsorption sa mga praktikal na setup, dahil ang mga natural na sistema ay mas pinapaboran ang paglabas ng ilaw kaysa sa pagsipsip.

Unang Prototype ng Quantum Battery

Gumamit ang mga mananaliksik ng disenyo na tinatawag na multi-layered microcavity, gamit ang copper phthalocyanine (CuPc), isang maliwanag na asul na sintetikong pigment na karaniwang ginagamit bilang organikong semiconductor sa mga OLED at solar cell.

Pinagmulan: Light Sciences & Applications

Naglilikha ito ng matibay na pag-uugnay ng ilaw at materyal, o ang interaksyon sa pagitan ng ilaw at isang nabuo na kuryente.

“Sa pag-charge, ang enerhiya ay mabilis na naililipat sa isang metastable na triplet state sa CuPc, na nananatili nang anim na order ng magnitude mas matagal kaysa sa pulse ng laser na nagcha-charge. Ang elektrikal na pagkuha ay pinadadali ng mga charge transport layer na nagdadala ng parehong energy gradient, na pumapabor sa paghihiwalay at pag-transport ng charge.”

Mahalaga, ang disenyo na ito ay lumilikha ng output ng elektrikal na kapangyarihan na sumusukat nang superextensive (superabsorption + superradiance) ayon sa kapasidad ng baterya. Kaya’t kung mas marami ang materyal na ito, mas mabilis ang paglabas ng kuryente.

“Ang aming mga natuklasan ay nagpapatunay ng isang pundamental na quantum effect na ganap na kontra-intuitibo: ang mga quantum battery ay nagcha-charge nang mas mabilis habang lumalaki. Ang mga baterya ngayon ay hindi gumagana nang ganoon.” Pinuno ng pananaliksik James Quach.

Mga Resulta ng Unang Quantum Battery

Ipinakita ng prototype ang unang eksperimental na obserbasyon ng superextensive na steady-state na kapangyarihan ng paglabas ng kuryente, isang hindi inaasahang phenomenon ayon sa quantum theory, ngunit may malinaw na potensyal na aplikasyon sa mga quantum battery.

Mas tiyak, gamit ang mga ultrafast spectroscopy method, sinukat nila ang pag-uugali ng pag-charge ng baterya. Natuklasan nila na ang quantum battery ay nagpanatili ng nakaimbak na enerhiya nang anim na order ng magnitude mas matagal (anim na zero) kaysa sa oras na kinakailangan para mag-charge.

“Ipinakita namin ang isang aparato na maaaring i-charge, mag-imbak ng enerhiya at pagkatapos ay i-discharge ito. Ito ay isang kapanapanabik na pag-unlad sa isang mabilis na lumalagong interdisciplinary na larangan. Sana ang mga quantum battery ay hindi na magtatagal na isang teoretikal na ideya kundi isang bagay na maaaring buuin sa laboratoryo.” Daniel Gómez – Propesor ng Kimikal na Pisika sa RMIT.

Ipinakita rin nila na ang mga microcavity ay maaaring i-charge gamit ang parehong coherent na ilaw (lasers) o “normal” na ilaw, na ginagawang flexible ito para sa praktikal na aplikasyon lampas sa mga potensyal na baterya.

Patungo sa Praktikal na Quantum Batteries

Pagpapatatag ng Nakaimbak na Enerhiya

Hanggang ngayon, ang isang microcavity sa karanasan ay kayang panatilihin ang enerhiya nang matatag lamang sa loob ng 50 nanosecond, na halos hindi sapat para sa anumang praktikal na aplikasyon sa pag-iimbak ng enerhiya.

Gayunpaman, ito ay patungo sa tamang direksyon, dahil ito ay tatlong order ng magnitude mas mas mahaba kaysa sa katumbas na state-of-the-art sa mga microcavity quantum battery na gumagana sa room temperature. At ang mas malaking sistema ay malamang na magkaroon ng mas mahabang panahon ng paghawak ng enerhiya kahit na walang pinahusay na disenyo.

Sinubukan ang pagkuha ng enerhiya, at ang mga aparato ay nagpakita ng makatwirang pinakamataas na power density ng pag-discharge sa pagitan ng 10-40 microwatt/cm², isang kapuri-puring resulta kung ihahambing sa high-performance na micro-supercapacitors, na maaari ring magpakita ng 30-175 microwatt/cm².

Dagdag pa rito, ang pagganap na ito ay naabot sa room temperature sa ilalim ng ambient na kondisyon, isang bihirang sitwasyon sa mga quantum phenomenon na kadalasang nangangailangan ng napakalamig na temperatura o mataas na presyon, tulad ng superconductivity, halimbawa.

Dahil ipinapakita ng prototype na ito ang isang scalable na landas patungo sa malaking kapasidad ng pag-iimbak ng enerhiya, ito ay kumakatawan sa isang matibay na unang hakbang patungo sa magagamit na mga quantum battery.

Ang Susunod na mga Hakbang

Ang susunod na bagay na dapat pagbutihin ay ang pag-scale up ng disenyo at sukatin kung gaano kalaki ang pagtaas ng performance ng superabsorption sa praktika gamit ang mas maraming microcavity sa parehong aparato.

Isa pang mahalagang hakbang na susunod ay subukang radikal na pahabain ang tagal ng pag-iimbak ng enerhiya. Ang mas malalaking aparato, mas malamig na temperatura, o isang espesyal na lattice structure ay maaaring makatulong.

“Bagaman marami pang gawain na dapat gawin sa pananaliksik ng quantum battery, nakagawa kami ng mahalagang hakbang patungo sa pagkatupad ng mga posibilidad. Ang susunod na hakbang para sa mga quantum battery ngayon ay ang pagpapahaba ng kanilang oras ng pag-iimbak ng enerhiya. Kung malalampasan natin ang hadlang na iyon, mas lalapit tayo sa komersyal na magagamit na mga quantum battery.” Pinuno ng pananaliksik James Quach.

Sa pangmatagalan, ang ganitong baterya ay maaaring higitan ang mga bateryang batay sa kemikal, o kahit ang mga supercapacitor, na lalong ginagamit kasabay ng mga kemikal na baterya sa mabibigat na makinarya, mga electric truck, atbp.

Maaari rin silang magsilbing solidong relay/buffer upang mas mabilis na i-charge ang karaniwang baterya, o magsilbing batayan ng mga bagong, mas epektibong solar panel.

“Ang aking panghuling ambisyon ay isang hinaharap kung saan maaari nating i-charge ang mga electric car nang mas mabilis kaysa sa mga sasakyang pinapatakbo ng gasolina, o mag-charge ng mga device sa malalayong distansya nang wireless.”

Ang phenomenon na ibinunyag ng prototype na ito ay maaaring magamit lampas sa mga quantum battery. Halimbawa, maaari itong gamitin upang lumikha ng mga bagong uri ng light-to-power na aparato, kabilang ang mga photovoltaic system.

Pamumuhunan sa mga Quantum Battery

QuantumScape

Bilang ang prototype ng quantum battery na ito ay ang kauna-unahang ganito, wala pang direktang paraan upang mamuhunan sa konseptong ito. Ngunit ang pag-unlad sa teknolohiya ng baterya ay mabilis, at ang ganap na paglipat mula sa mga sasakyang pinapatakbo ng gasolina patungo sa mga EV ay lalong nagiging posible sa maikling panahon, dahil ang mga EV ay magkakaroon ng mas maraming kapangyarihan, mas mahabang saklaw, at magiging mas mura sa operasyon. At ito ay bago pa man sumiklab ang malaking shock sa presyo ng langis dahil sa digmaan sa Iran.

Isang mahalagang bahagi ng pag-unlad na ito ay ang solid-state batteries, isang uri ng disenyo na nag-aalis ng electrolyte na karaniwang ginagamit sa mga lithium-ion battery, na ginagawang mas matindi at mas ligtas ang baterya.

Isang nangungunang kumpanya sa larangan ay ang QuantumScape (QS ), isang kumpanyang itinatag noong 2010 at may malalim na pakikipagtulungan sa Volkswagen Group upang tulungan ang #2 pinakamalaking automaker sa mundo na makahabol sa teknolohiyang EV.

Pinagmulan: QuantumScape

Sa ilalim ng kasunduan noong 2024, ang PowerCo (departamento ng baterya ng Volkswagen) ay maaaring mag-manufacture ng hanggang 40 gigawatt-hours bawat taon ng mga baterya para sa electric vehicle, na may opsyon na palawakin ito sa 80 GWh bawat taon. Pinapayagan din nito ang Volkswagen na magbigay ng karagdagang 5 GWh na spare capacity na mayroon ang QuantumScape bawat taon para sa mga customer lampas sa Volkswagen Group, pati na rin ang karapatan na i-license ang ilang hinaharap na teknolohiya ng QS.

Noong 2025, isang QuantumScape battery ang isinama sa isang high-end na electric Ducati bike. Ang Ducati ay bahagi ng grupong Volkswagen, kasama ang mga tatak ng sasakyan tulad ng Audi, Bentley, CUPRA, Lamborghini, Porsche, SEAT, at Škoda.

Ang disenyo ng baterya ng QuantumScape ay napaka-dense sa enerhiya, mas mataas kaysa sa pinakamahusay na disenyo ng lithium-ion na ginagamit ng Tesla (TSLA ), at nagcha-charge nang 2-3 beses na mas mabilis, na nilulutas ang mabagal na oras ng pag-charge ng mga EV, isang malaking isyu para sa maraming consumer na nasanay sa mga sasakyang pinapatakbo ng gasolina.

Pinagmulan: QuantumScape

Sa maikling timeline patungo sa komersyalisasyon at matibay na pakikipagtulungan sa isang grupong automotive na nagbebenta ng milyun-milyong sasakyan bawat taon, ang QuantumScape ay nasa magandang posisyon upang maging isa sa mga nangungunang supplier ng baterya sa mga Western na tagagawa, kung saan ang kompetisyon ay maaaring mga Chinese na tagagawa ng baterya tulad ng CATL o mga medyo bagong kumpanya tulad ng Donut Labs.

(Maari mong basahin pa ang QuantumScape at ang disenyo ng solid-state na baterya nito sa aming ulat sa pamumuhunan na nakatuon sa kumpanya at tungkol sa Volkswagen at ang estratehiya nito sa EV sa itong iba pang nakatuon na ulat.)

Pinakabagong Balita at Pag-unlad ng QuantumScape (QS)

Pag-aaral na Binanggit

^{1. Hymas, K., Muir, J.B., Tibben, D. et al. Superextensive na kapangyarihan ng elektrikal mula sa isang quantum battery. Light Sciences & Applications 15, 168 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-026-02240-6}