量子電池有朝一日將可以通過(guò)一個(gè)看似矛盾的東西徹底改變能源儲存--電池越大，充電越快?，F在，一個(gè)科學(xué)家團隊首次在一個(gè)概念驗證裝置中展示了支撐量子電池的超吸收量子力學(xué)原理。古怪的量子物理學(xué)世界充滿(mǎn)了在我們看來(lái)不可能的現象。
比如分子可以變得非常糾纏在，以至于它們開(kāi)始集體行動(dòng)，而這可以導致一系列的量子效應，包括超級吸收--它提高可以分子吸收光線(xiàn)的能力。
“超強吸收是一種量子集體效應，分子狀態(tài)之間的轉換會(huì )產(chǎn)生建設性的干擾，”這項研究的論文通訊作者James Quach告訴New Atlas，“"建設性干涉發(fā)生在所有種類(lèi)的波（光、聲、水面上的波）中，當不同的波加起來(lái)比任何一個(gè)波本身的效果都要大時(shí)就會(huì )發(fā)生。至關(guān)重要的是，這允許組合分子比每個(gè)分子單獨行動(dòng)時(shí)更有效地吸收光線(xiàn)。”
在一個(gè)量子電池中，這種現象將有一個(gè)非常明顯的好處。你擁有的儲能分子越多，它們就能更有效地吸收能量--換言之，你把電池做得越大它的充電就越快。
至少，理論上應該是這樣的。超強吸收尚未在足夠大的規模上被證明可以建造量子電池，但新研究現在已經(jīng)做到了這一點(diǎn)。為了建立測試裝置，研究人員將一個(gè)活性光吸收分子層--一種被稱(chēng)為L(cháng)umogen-F Orange的染料--放在兩個(gè)鏡子之間的微腔中。
“這個(gè)微腔中的鏡子是用制造高質(zhì)量鏡子的標準方法制造的，”Quach解釋道，“這就是使用交替的電介質(zhì)材料層--二氧化硅和五氧化二鈮--來(lái)創(chuàng )建所謂的‘分布式布拉格反射器’。這產(chǎn)生的鏡子比典型的金屬/玻璃鏡子反射更多的光。這很重要，因為我們想讓光盡可能長(cháng)時(shí)間地停留在空腔內。”
然后，該團隊使用超快瞬時(shí)吸收光譜來(lái)測量染料分子是如何儲存能量的以及整個(gè)設備充電的速度。果然，隨著(zhù)微腔的大小和分子數量的增加，充電時(shí)間減少并證明了超強吸收的作用。
最終，這一突破可能為實(shí)用的量子電池鋪平道路，這使之成為快速充電的電動(dòng)汽車(chē)或能夠處理來(lái)自可再生資源的突發(fā)能量的儲能系統。但當然，這項研究仍處于非常早期的階段。
Quach告訴New Atlas：“這里的想法是一個(gè)原則性的證明，即在這樣的設備中增強對光的吸收是可能的。然而，關(guān)鍵的挑戰是彌合這里的小型設備的原理證明跟在更大的可用設備中利用同樣的想法之間的差距。下一步就是探索如何將其跟其他儲存和傳輸能量的方式結合起來(lái)，從而提供一個(gè)可以實(shí)際使用的設備。”
