Команда вчених з Хубейського університету, Академії прецизійних вимірювань CAS та Ланьчжоуського університету представила нову конструкцію квантових батарей — систем накопичення енергії, що використовують принципи квантової механіки.

Як пояснив Джун-Хонг Ан, один з керівників дослідження, практична реалізація квантових батарей стикається з двома основними перешкодами. Декогеренція під час процесу заряджання знижує ефективність накопичення енергії. Крім того, декогеренція під час зберігання призводить до ненавмисної втрати заряду.

У попередньому дослідженні, проведеному у 2024 році, група вже розробила протокол для бездротової зарядки акумуляторів зі зменшеними втратами. Це нове досягнення є логічним продовженням їхніх досліджень, зосереджених на проблемах саморозряду.

Вони виявили, що когерентний сегмент накопиченої енергії (ерготропія) зберігається довше, ніж некогерентний сегмент, що лягло в основу нової стратегії, спрямованої на мінімізацію втрат.

Інновація базується на використанні точкового дефекту в кристалічній решітці алмазу, відомого як NV-центр. Цей дефект, який передбачає заміщення атома вуглецю атомом азоту, дозволяє зберігати енергію у вигляді когерентного стану електронного спіну.

Значною перевагою NV-центру є виняткова надтонка взаємодія між електроном та ядром азоту, що сприяє адаптивному контролю співвідношення когерентної та загальної ерготропії. Цей прогрес відкриває шлях для максимізації вихідної роботи без втрат енергії під час фази зберігання.

Автори стверджують, що їхня платформа на основі NV-центру не лише дозволяє ефективно зберігати та накопичувати енергію, але й може закласти основу для практичного застосування квантових батарей у відкритих системах. Це може являти собою значний прогрес у галузі квантової термодинаміки, яка інтегрує обробку інформації з динамікою енергії на квантовому рівні.

У майбутніх дослідженнях команда має намір розробити модель багаточастинкової батареї, стійку до саморозряду, яка використовуватиме квантову заплутаність для подальшого підвищення потужності заряджання, ємності та ефективності вивільнення енергії.

Варто зазначити, що в липні експерти з Дослідницького університету PSL та Пізанського університету представили теоретичну модель квантової батареї, яка вперше демонструє її переваги над класичними аналогами.

Источник