Quantumbatterij bereikt theoretische snelheidslimiet en gaat veel langer mee

Energie

Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 14 juli 2025

De quantumbatterij van het team kan energie al enkele microseconden vasthouden. [Afbeelding: RMIT]

Levensduur

Australische wetenschappers hebben een methode ontwikkeld waarmee de levensduur van quantumbatterijen aanzienlijk kan worden verlengd: 1.000 keer langer dan eerdere demonstraties.

In tegenstelling tot traditionele batterijen, die afhankelijk zijn van chemische reacties om energie op te slaan, maken quantumbatterijen gebruik van het fenomeen van superpositie en interacties tussen elektronen en fotonen. Ze kunnen sneller opladen en mogelijk een grotere opslagcapaciteit bereiken.

"Hoewel we nog maar een klein deel van de mix hebben aangepakt, is ons apparaat al veel beter in het opslaan van energie dan zijn voorganger", aldus Daniel Tibben van de RMIT-universiteit.

Eerdere prototypes van quantumbatterijen lieten indrukwekkende laadsnelheden zien, maar hadden moeite met het vasthouden van de energie. Ze ontlaadden buitengewoon snel en verloren bijna net zo snel energie als dat ze werden opgeladen.

Nu heeft het team vijf apparaten gebouwd en onderzocht die het beste werkten als er twee specifieke energieniveaus perfect op elkaar waren afgestemd, waardoor energie efficiënter kon worden opgeslagen.

Het best presterende prototype bewaarde energie 1000 keer langer dan de vorige demonstratie, waardoor de energieretentie werd verlengd van nanoseconden tot microseconden. Hoewel dit misschien niet lang lijkt, bewijst het resultaat het concept en legt het een solide basis voor toekomstig onderzoek.

"Hoewel de ontwikkeling van een functionele quantumbatterij nog wel even op zich kan laten wachten, heeft deze experimentele studie ons in staat gesteld de volgende generatie apparaten te ontwerpen", aldus professor Daniel Gómez. "We hopen dat quantumbatterijen ooit gebruikt kunnen worden om de efficiëntie van zonnecellen te verbeteren en kleine elektronische apparaten van stroom te voorzien."

Illustratieve afbeelding van een kwantumbatterij. [Afbeelding: Universiteit van Pisa]

Kwantumvoordeel

Gian Andolina en collega's van de Universiteit van Pisa in Italië hebben vooruitgang geboekt op een ander aspect van de quantumbatterijtechnologie: snelheid.

Het team heeft een nieuw batterijmodel ontwikkeld dat verrassend eenvoudig is, maar toch een echt " kwantumvoordeel " zou kunnen bieden ten opzichte van een klassieke analoge batterij. Het nieuwe model heeft de zogenaamde kwantumsnelheidslimiet bereikt, de theoretisch maximale snelheid die haalbaar is voor een systeem dat wordt bestuurd door de kwantummechanica.

"In de afgelopen jaren hebben enkele auteurs van het huidige werk een model voorgesteld dat dit kwantumvoordeel biedt: het Sachdev-Ye-Kitaev (SYK)-model. Dit model is echter zeer complex, zowel experimenteel – vanwege de veeldeeltjesinteracties – als theoretisch, omdat het analytisch uitdagend is", aldus professor Vittoria Stanzione.

Vervolgens ging het team aan de slag met vereenvoudiging, op zoek naar de eenvoudigste mogelijke quantumbatterij die nog steeds het quantumvoordeel behield wat betreft laadvermogen.

"Ons model bestaat uit twee gekoppelde harmonische oscillatoren: de ene fungeert als een 'lader' en de andere als een 'batterij'", legt Stanzione uit. "Het belangrijkste ingrediënt dat het kwantumvoordeel mogelijk maakt, is een anharmonische interactie [de herstellende kracht is niet evenredig met de verplaatsing van de oscillator] tussen de twee oscillatoren tijdens het laadproces. Deze anharmonische koppeling stelt het systeem in staat om toegang te krijgen tot niet-klassieke verstrengelde toestanden die effectief een 'snelkoppeling' creëren in de Hilbertruimte [een generalisatie van het concept van de Euclidische ruimte naar n dimensies], wat zorgt voor een snellere energieoverdracht dan in de klassieke dynamica."

Het model van de Italiaanse onderzoekers is nog steeds puur theoretisch, hoewel het team de mogelijkheid beschrijft om het experimenteel te realiseren met behulp van supergeleidende circuits: elektrische circuits die gemaakt zijn van materialen die bij zeer lage temperaturen geen weerstand vertonen, vergelijkbaar met de circuits die worden gebruikt als qubits in quantumcomputers.

Ander nieuws over:

Meer onderwerpen