Key Takeaways
- Quantenbatterien könnten eines Tages die Industrie revolutionieren, indem sie kleinere Größen und schnelleres Laden anbieten.
- Aber ein Experte sagt, dass Quantenbatterien "Jahre oder Jahrzehnte" davon entfernt sein könnten, Ihr Handy mit Strom zu versorgen.
- Vielversprechende Forschungen sind im Gange, um mehr aus der Chemie von Lithium-Ionen-Batterien herauszuholen.
Ihre Gadgets könnten eines Tages dank der Quantenmechanik einen erheblichen Leistungsschub erh alten.
Forscher haben einen Durchbruch bei Quantenbatterien angekündigt, der letztendlich die Leistung von Geräten revolutionieren könnte. Quantum-Batterien könnten kleiner sein und sich schneller aufladen als aktuelle Batterien. Die neue Technologie ist nur eine Möglichkeit, dass die Batterieindustrie zum Umdenken bereit ist.
"Aus rein funktionaler Sicht wollen wir leichtere Geräte mit mehr Speicherplatz, und neue Batterietechnologien könnten uns beides leisten", sagte Mark Falinski, ein Wissenschaftler für Umweltverträglichkeit, der nicht an der jüngsten Studie beteiligt war, gegenüber Lifewire in einem E-Mail-Interview.
Schrödingers Batterie?
Forscher der University of Adelaide in Australien behaupten, einen entscheidenden Schritt bei der Realisierung von Quantenbatterien getan zu haben. Sie sagen, dass sie das Konzept der Superabsorption bewiesen haben, eine entscheidende Idee, die Quantenbatterien zugrunde liegt, laut einer kürzlich veröffentlichten Studie in der Zeitschrift Science Advances.
"Quantenbatterien, die quantenmechanische Prinzipien verwenden, um ihre Fähigkeiten zu verbessern, benötigen weniger Ladezeit, je größer sie werden", James Q. Quach, einer der Autoren der Studie, sagte in einer Pressemitteilung. "Es ist theoretisch möglich, dass die Ladeleistung von Quantenbatterien schneller zunimmt als die Größe der Batterie, was neue Wege zur Beschleunigung des Ladevorgangs eröffnen könnte."
Um das Konzept der Superabsorption zu beweisen, baute das Team Wafer-ähnliche Mikrokavitäten unterschiedlicher Größe, die organische Moleküle enthielten. Jede Mikrokavität wurde mit einem Laser geladen.
"Die aktive Schicht der Mikrokavität enthält organische Halbleitermaterialien, die die Energie speichern. Der superabsorbierenden Wirkung der Quantenbatterien liegt die Idee zugrunde, dass alle Moleküle durch eine als Quantensuperposition bekannte Eigenschaft kollektiv wirken", sagte Quach.
Quantensuperposition, ein grundlegendes Prinzip der Quantenmechanik, besagt, dass ähnlich wie Wellen in der klassischen Physik zwei beliebige Quantenzustände addiert ("überlagert") werden können und das Ergebnis ein weiterer gültiger Quantenzustand ist.
Aber Falinkski warnte davor, dass Quantenbatterien "Jahre oder Jahrzehnte" davon entfernt sein könnten, Ihr Handy mit Strom zu versorgen.
"Trotzdem werden im Bereich Quantencomputer viele Investitionen getätigt, und wenn dieselben Investitionen in Quantenbatterien vorangetrieben werden, könnten wir schneller echte Fortschritte erzielen", fügte er hinzu.
Wir nähern uns der theoretischen Grenze dessen, was unsere Batterien speichern und wiederverwenden können.
Innovationen vorantreiben
Der Bedarf an neuer Batterietechnologie ist groß. Bis 2040 soll der Energieverbrauch der Menschen gegenüber 2015 um 28 Prozent gestiegen sein. Der Großteil des Stroms wird immer noch aus fossilen Brennstoffen stammen, mit den damit verbundenen Kosten für die Umwelt.
"Wir nähern uns der theoretischen Grenze dessen, was unsere Batterien speichern und wiederverwenden können", sagte Falinski. „Lithium-Ionen-Batterien werden immer besser, aber wir kommen an einen Punkt, an dem die Physik und Chemie sie nicht mehr viel verbessern können.“
Vielversprechende Forschungen sind im Gange, um mehr aus der Chemie von Li-Ion-Batterien herauszuholen, einschließlich neuer Materialien, die das Versprechen einer Erhöhung der Energiedichte, Leistungsdichte, Lebensdauer oder Senkung der Kosten bieten, alle in verschiedenen Entwicklungsstadien, Craig Lawrence, ein Cleantech-Investor mit Hintergrundwissen in der Batterietechnik, sagte Lifewire in einem E-Mail-Interview.
Festkörperbatterien, eine Lithium-Metall-Batterietechnologie, könnten eine wesentlich höhere Energiedichte bieten als Lithium-Ionen, sagte Lawrence.
"Wir haben nahezu unendliche Rechenleistung in unserer Tasche, aber sie ist genauso nützlich, wie der Akku sie am Laufen hält", fügte er hinzu. "Deshalb können wir kein Smartphone haben, das mit einer Ladung länger als einen Tag durchhält, oder eine Drohne, die länger als 30-60 Minuten durchhält."
E-Bikes sind ein weiterer Bereich, der eine Batterieüberholung benötigt. Im Jahr 2021 meldete allein New York City mehr als 80 Brände im Zusammenhang mit Elektrofahrrädern und ihren Batterien. ZapBatt hat einen Lithium-Titanat-E-Bike-Akku entwickelt, der angeblich feuerfest ist und in 20 Minuten statt der üblichen 6 Stunden von 0 % auf 100 % vollständig aufgeladen werden kann.
"Für einzelne Verbraucher ist es unbequem und nicht umweltfreundlich, sechs Stunden auf eine Batterieladung zu warten und die Batterien jährlich ersetzen zu müssen", sagte Charlie Welch, der CEO von ZapBatt, Lifewire in einem E-Mail-Interview. "Angesichts dieses enormen Anstiegs des Interesses an E-Bikes muss sich die Batterietechnologie weiterentwickeln, um die Nutzung zu fördern und die Sicherheit zu erhöhen."
