量子能量收集器为下一代提供动力

东京科学研究所的研究人员开发出一种改进电子设备能量收集器的方法。他们的新方法利用量子力学超越了传统能量收集系统的热力学极限。因此，他们的工作有可能将浪费的能量转化为未来高科技设备的可用电源。以下是您需要了解的内容。

能量收集

能量收集是一个成熟的理论，它指的是将周围环境或技术产生的浪费能量转化为其他设备的电能。过去，这门科学涉及的概念包括利用海洋表面和深海之间的温差来发电。尼古拉·特斯拉的能量塔就是一个著名的能量收集应用案例，它可以在不使用任何电线的情况下为灯泡供电。

如今，能量收集已成为一个蓬勃发展的科学领域，它探索如何从各个领域收集废弃的能量。例如，从热梯度、射频信号、计算硬件，直至整个发电厂。能量收集的主要优势之一是，它提供了一种经济实惠且可持续的方法来提高效率并降低成本。因此，它正日益受到人们的欢迎。

限制现代能量收集效率的挑战

能量收集技术不断改进。然而，为了达到最佳性能，科学家仍需克服一些限制。首先，传统的能量收集技术受热力学定律的约束，包括：

卡诺效率

当今限制能量收集的主要因素之一是卡诺效率。这条热力学定律描述了不同热源之间的最大传热能力和效率。该百分比使科学家能够准确预测废热能产生多少能量。

柯松-阿尔伯恩效率

柯松-阿尔伯恩效率是另一个限制能量收集器效率的重要定律。它用于定义在全功率运行时可获得的最大效率。该方程与卡诺效率一起被工程师用来优化和增强能量收集设备。

提高能量收集效率的量子研究

认识到这些局限性后，日本的一个创新研究团队采取了一种新的传热技术方法。 非热 Tomonaga-Luttinger 液体的高效热能转换《通讯物理学》杂志发表的一项研究介绍了一种利用量子力学超越传统热力学极限的新策略。

非热 Tomonaga-Luttinger 液体

这项研究的核心是利用非热能的 Tomonaga-Luttinger 液体来捕获和迁移热能。量子热机的使用具有一些主要优势。例如，这些量子热机利用非热能储存器（此处为非热能的 Tomonaga-Luttinger (TL) 液体）来提取比传统装置更多的有用功。

量子霍尔边缘通道（1D传输）

通过利用量子方法，工程师们能够在定制的量子霍尔边缘通道内自然地创建非热状态。这种方法依靠碳纳米管将能量分解成一维。

资源 - 东京科学研究所

这种方法实现了非热态的二元费米分布函数。该状态是由熵守恒平衡自然诱导的。值得注意的是，这种量子态是理想的，因为它不会发生热化，从而减少了任何浪费或逸出的热能。

这种策略允许单维电子系统直接转移热态。这种方法保留了高能态，而不会像之前的能量收集技术那样将其分散。在此基础上，该团队创建了一个计算机模型，可用于设计未来更高效的能量收集技术。

量子能量收集器的实验测试

作为研究的一部分，工程师们创造了一个可运行的能量收集引擎。该装置集成了一种非热Tomonaga-Luttinger (TL)液体策略，用于从量子点接触晶体管传输量子点能量。

这项概念验证以最高效率将量子点接触晶体管产生的热量直接捕获到液体中。有趣的是，量子点将热量传递到了热释光液体中。 在微米级距离上，限制色散。

改善能量收集器测试结果

科学家们欣喜地发现，他们的新方法成功超越了以往的能量收集方法。相比准热致热释电液体，使用非热致热释电液体可以提高电转换效率，同时获得更高的电动势。

令人印象深刻的是，量子点热能收集器的效率超过了卡诺效率和柯松-阿尔伯恩效率的极限，而这两者正是其前身。因此，这一进展标志着能量收集和量子技术领域的一个重要里程碑。
滑动滚动→

量子能量收集技术的优势

这项工作为该领域带来了诸多益处。首先，它展示了一种可替代传统能量收集方案的高性能替代方案。该解决方案能够以创纪录的效率将废热转化为电能，为更强大的电子设备、量子设备等打开了大门。

实际应用和时间表

这个 改进能量收集器 这项研究为未来更高效、更强大的能量收集技术打开了大门。从太空旅行到降低智能手机温度，这项技术将改变工程师制造设备的方式。以下仅列举一些潜在的应用。

安全性

安全应用将极大地受益于能够从其监控的地点和设备中回收利用废弃能源的能力。想象一下，发电厂的24小时安保设备由其涡轮机散发的热量供电，而不是由该地点的电网发电。

医疗行业

医疗领域必将为这项技术找到应用场景。先进的能量收集技术已应用于压电可穿戴设备。未来，量子点能量收集器可以帮助延长心脏监护仪等低功耗设备的使用寿命，并避免电池污染的风险。

物流

物流行业将以物联网 (IoT) 设备的形式利用这项技术。这些微型智能传感器已经帮助减少了低效率、欺诈和假冒行为。然而，由于功率限制，它们的应用受到了限制。虽然有些设备可以依赖太阳能，但绝大多数需要电池或直接连接到电网。

未来，物联网设备将能够利用周围环境产生能量。这一策略将使其规模化，从而更高效地监控价值数十亿美元的庞大物流行业。此外，它还将降低与设备追踪和保护相关的成本。

太空探索

太空探索是未来最有可能从这项技术中获益的领域之一。目前，人们已经在探索为太空殖民地提供可靠能源的方法。这项最新研究为未来宇航员和需要轻量级替代方案的探险家们打开了能量收集的大门。

改进能量收集器的时间表

量子能量收集引擎在电子设备中的应用可能还需要十年以上。然而，这项技术有望在军事、太空和医疗领域快速发展。如果真是这样，未来5-7年内，商业化应用可能就会开始出现。

改进能量收集器的研究人员

这项改进型能量收集器的研究是东京科学研究所物理系与NTT基础研究实验室合作完成的。该论文由藤泽俊正教授担任首席研究员，并得到了村木浩二研究员的协助。

山崎光 (Hikaru Yamazaki)、植村昌史 (Masashi Uemura)、田中春日 (Haruhi Tanaka)、畑德郎 (Tokuro Hata)、林朝静 (Chaojing Lin) 和秋步贵文 (Takafumi Akiho) 也提供了额外的研究和协助。此外，该项目还获得了日本学术振兴会和文部科学省的资助。

改善能量收集器的未来

能量收集器的未来令人振奋。这项技术对于最大限度地提高全球能源效率和实现《巴黎协定》设定的净零碳排放目标至关重要。目前，该团队将致力于改进设计，并寻找制造合作伙伴来扩大业务。

投资先进能源领域

能量收集器领域有多家公司竞争。这些公司致力于通过其独特的设备减少污染并帮助回收损失的能量。以下是一家在提供可靠产品和服务的同时，持续展现创新精神的公司。

能源库

Energy Vault 于 2017 年进入市场，为社区提供替代能源。该公司创始人罗伯特·艾伦·皮科尼 (Robert Allen Piconi) 和威廉·格罗斯 (William Gross) 设想利用重力势能通过起重机系统产生能源。

这种独特的方法自推出以来就吸引了投资者和研究人员的关注。2019年，该公司凭借其独特的设计和离网储能方法，荣获《快公司》（Fast Company）颁发的“改变世界创意奖”。值得一提的是，该公司于2020年在瑞士卡斯蒂奥内-阿尔贝多建造了一套可运行的起重机储能系统。

该工作模型暴露出一些局限性，促使该公司转向新的方案，包括名为“G-Vault”的升降式版本。与起重机版本类似，它通过升降块来储存能量。

如今，Energy Vault 在多个能源存储和生产领域拥有创新理念。最近，该公司已将业务扩展到混合储能、氢电池和其他新一代技术。那些希望涉足未来能源市场的人应该对 Energy Vault 进行更多研究。

最新 BDX (NRGV) 股票新闻和表现

改进能量收集器 | 结论

这些研究人员的工作为更清洁、更高效的未来打开了大门。利用量子力学克服某些热力学定律，证明了这项技术将如何创造新的机遇。因此，这个团队的辛勤工作和令人大开眼界的发现值得称赞。

了解其他酷炫能源突破 服务

案例

^{1. Yamazaki, H., Uemura, M., Tanaka, H., Hata, T., Lin, C., Akiho, T., Muraki, K. 和 Fujisawa, T. (2025). 非热Tomonaga-Luttinger液体的高效热能转换。《通讯物理》，8(1)，1-10。 https://doi.org/10.1038/s42005-025-02297-6}