Herkes cep telefonu ya da arabasının dakikalar içinde şarj olmasını diler faka günümüzde şarj teknolojisi halen bu gereksinimleri karşılamaktan çok uzaktır. İşte bilim insanları sadece lazer kullanarak kablosuz olarak 1 milyon kez daha hızlı şarj olan kuantum pili geliştirdiler.
Kuantum mekaniği prensipleri kullanarak enerji depolayabilen bir pil konsepti kuantum teknolojisinin karmaşıklığı ve öngörülemezliği nedeniyle yıllardır teorik boyutta kaldı.
Bu alanda atılmış önemli bir adım olarak, Avustralya Uzay Ajansı, CSIRO, RMIT Üniversitesi ve Melbourne Üniversitesi’nden bilim insanlarından oluşan bir araştırma grubu, lazerle kablosuz olarak şarj edilen dünyanın ilk kuantum pilini geliştirdi.
Henüz pratik kullanımdan çok uzak olan bu yeni prototipin şarj olması femtosaniye (saniyenin katrilyon binde biri) sürdü ve enerjiyi nanosaniye boyunca depoladı. Teknik olarak konuşursak, pilin şarj süresi, şarj süresinden bir milyon kat daha uzun sürdü. Bunu bir perspektife oturtmak gerekirse, bu durum bir telefonun tam olarak şarj olması 30 dakika sürerken, 100 yıldan fazla dayanmasına benziyor. Bir başka örnek ise, bir saniyede şarj olan ve 11 gün dayanan bir pil.
CSIRO’dan baş araştırmacı Dr. James Quach, “Bu, bir pilin tam döngüsünü gerçekleştiren ilk prototip: başka bir deyişle, şarj ediyorsunuz, enerji depoluyorsunuz ve boşaltabiliyorsunuz,” diyor.
Heyecanlanmadan önce, bunun teknolojinin en erken aşaması olduğunu belirtmek önemlidir. Mevcut prototipin kapasitesi sadece birkaç milyar elektron volt olup, herhangi bir şeye güç sağlamak için zar zor yeterlidir. Kulağa büyük gelse de, 5 milyar elektron volt, uçan bir sivrisinek enerjisinin yaklaşık 1/200.000’i kadardır.
Yine de, konseptin işe yaradığının kanıtlanması ümit verici ve kuantum enerji depolamanın geleceği için önemli bir atılım niteliğindedir.
“Araştırma ve kavram kanıtı, kuantum pillerin oda sıcaklığında hızlı, ölçeklenebilir şarj ve enerji depolaması gerçekleştirme konusundaki heyecan verici potansiyelini doğruluyor ve yeni nesil enerji çözümlerinin temelini atıyor,” diyor Dr. Quach.
Enerjiyi depolamak ve boşaltmak için esas olarak kimyasal reaksiyonlara dayanan geleneksel pillerin aksine, kuantum piller süper pozisyon ve dolanıklık gibi benzersiz kuantum mekaniği özelliklerinden yararlanır.
“Kuantumun avantajı, sistemin ışığı tek bir devasa ‘süper absorbans” olayında emmesi ve bunun pili daha hızlı şarj etmesidir,” diye açıklıyor araştırmanın kilit ismi Doçent James A. Hutchison.
Konuya aşina olmayanlar için kuantum teknolojisi belirsiz ve tuhaf görünebilir. Ancak bu konuda bilgili kişiler için durum hemen hemen aynıdır. Kuantum teknolojisiyle ilgili her şeyde olduğu gibi, araştırmacıların prototipi de bazı “garip” özellikler sergiledi. Standart pillerde boyut, şarj süresiyle doğru orantılıdır. Küçük akıllı telefon pilleri birkaç saat içinde tamamen şarj olurken, çok daha büyük elektrikli araç pillerinin şarj olması bir gece sürer. Kuantum piller ise tam tersini yapar.
Quach, “Kuantum piller, ne kadar büyük olurlarsa şarj olmaları o kadar az zaman alır gibi gerçekten tuhaf bir özelliğe sahiptir. Daha fazla hücre söz konusu olduğunda kuantum hücrelerin daha hızlı şarj olduğu ‘kolektif etkiler,” bilinen bir özelliktir.
Abartısız olarak, bu araştırmanın potansiyeli olağanüstü. Tamamen işlevsel kuantum piller, sonunda kuantum bilgisayarları veya küçük geleneksel elektronik cihazları çalıştırabilir. Göz açıp kapayıncaya kadar telefonunuzun tamamen şarj olduğunu hayal edin.
Araştırmacılar, bir drone’u uçuş halindeyken lazerlerle şarj edebileceğiniz senaryolar öngörüyor. Ayrıca bu teknolojinin “elektrikli otomobil endüstrisinde devrim yaratacağına” inanıyorlar; bu da bir elektrikli aracın şarj edilmesinin benzin deposunu doldurmaktan çok daha hızlı olacağı anlamına geliyor. Dr. Quach, arabanın hiç durmasına gerek kalmayacağı, drone örneğine benzer uygulamalar hayal ediyor.
Ancak şimdilik tüm bunlar uzak bir gelecek potansiyeli. Kuantum enerji depolama sistemlerinin kuantum bilgisayarları çalıştırdığını görme olasılığımız daha yüksek. Araştırmacılar da bu görüşe katılıyor.
Quach, “Kuantum pil araştırmalarında hala yapılacak çok iş olsa da, bu olasılıkları gerçeğe dönüştürme yolunda önemli bir adım attık. Şu anda kuantum piller için bir sonraki adım, enerji depolama süresini uzatmak. Bu engeli aşabilirsek, ticari olarak uygulanabilir kuantum pillere bir adım daha yaklaşmış olacağız,” diyor .
Eğer kuantum piller fizibl olabilirse, yakın gelecekte pil teknolojilerinde atılım olacaktır.
Kaynak: https://newatlas.com/energy/proof-of-concept-quantum-battery/
Referans: Araştırma, Light: Science & Applications dergisinde yayınlandı
.
