الوجبات الجاهزة الرئيسية
- يمكن للبطاريات الكمية أن تحدث ثورة في الصناعة يومًا ما من خلال تقديم أحجام أصغر وشحن أسرع.
- لكن أحد الخبراء يقول إن البطاريات الكمية قد تستغرق "سنوات أو عقودًا" من تشغيل هاتفك الخلوي.
- أبحاث واعدة جارية للحصول على المزيد من كيمياء بطاريات Li-Ion
يمكن أن تحصل أجهزتك في يوم من الأيام على زيادة كبيرة في الطاقة بفضل ميكانيكا الكم.
أعلن الباحثون عن اختراق في البطاريات الكمومية يمكن أن يحدث ثورة في كيفية أداء الأجهزة.يمكن أن تكون البطاريات الكمية أصغر حجمًا ويمكن شحنها أسرع من البطاريات الحالية. التكنولوجيا الجديدة هي إحدى الطرق التي تستعد بها صناعة البطاريات لإعادة التفكير.
"من منظور وظيفي بحت ، نريد أجهزة أخف وزنا مع المزيد من التخزين ، ويمكن أن توفر لنا تكنولوجيا البطاريات الجديدة كليهما" ، هذا ما قاله مارك فالينسكي ، عالم الاستدامة البيئية الذي لم يكن جزءًا من الدراسة الأخيرة ، لـ Lifewire في مقابلة عبر البريد الإلكتروني.
بطارية شرودنغر؟
يزعم باحثون في جامعة أديلايد في أستراليا أنهم اتخذوا خطوة حاسمة في تحويل البطاريات الكمية إلى حقيقة واقعة. يقولون إنهم أثبتوا مفهوم الامتصاص الفائق ، وهي فكرة مهمة تقوم عليها البطاريات الكمية ، وفقًا لدراسة نُشرت مؤخرًا في مجلة Science Advances.
"البطاريات الكمية ، التي تستخدم مبادئ ميكانيكا الكم لتعزيز قدراتها ، تتطلب وقت شحن أقل كلما زاد حجمها ،" جيمس كيو.قال كوتش ، أحد مؤلفي الدراسة ، في بيان صحفي. "من الممكن نظريًا أن تزداد طاقة شحن البطاريات الكمومية بشكل أسرع من حجم البطارية ، مما قد يتيح طرقًا جديدة لتسريع الشحن."
لإثبات مفهوم الامتصاص الفائق ، قام الفريق ببناء فجوات صغيرة تشبه الرقاقات بأحجام مختلفة تحتوي على جزيئات عضوية. تم شحن كل فجوة دقيقة باستخدام الليزر.
"تحتوي الطبقة النشطة من التجويف الدقيق على مواد شبه موصلة عضوية تخزن الطاقة. ويكمن تأثير الامتصاص الفائق للبطاريات الكمومية في فكرة أن جميع الجزيئات تعمل بشكل جماعي من خلال خاصية تعرف باسم التراكب الكمي" ، كما قال كواش
التراكب الكمي ، وهو مبدأ أساسي لميكانيكا الكم ، يقول إنه مثل الأمواج في الفيزياء الكلاسيكية ، يمكن إضافة أي حالتين كميتين معًا ("متراكبة") ، وستكون النتيجة حالة كمية أخرى صالحة.
لكن فالينسكي حذر من أن البطاريات الكمية قد تكون بعيدة "سنوات أو عقود" عن تشغيل هاتفك الخلوي.
"ومع ذلك ، هناك الكثير من الاستثمارات التي يتم طرحها في مجال الحوسبة الكمومية ، وإذا تم دفع هذه الاستثمارات نفسها للأمام في البطاريات الكمية ، فيمكننا تحقيق تقدم حقيقي بوتيرة أسرع" ، أضاف.
نقترب من الحد النظري لما يمكن لبطارياتنا تخزينه وإعادة استخدامه.
ابتكارات الطاقة
الحاجة إلى تقنية بطاريات جديدة كبيرة. بحلول عام 2040 ، من المتوقع أن تزداد الطاقة التي يستهلكها الناس بنسبة 28 في المائة عن مستويات عام 2015. ستظل غالبية الطاقة تأتي من الوقود الأحفوري مع التكاليف المرتبطة بالبيئة.
قال فالينسكي"نقترب من الحد النظري لما يمكن لبطارياتنا تخزينه وإعادة استخدامه". "بطاريات الليثيوم أيون تتحسن بشكل أفضل ، لكننا وصلنا إلى مرحلة لا تستطيع فيها الفيزياء والكيمياء تحسينها كثيرًا."
يجري البحث الواعد للحصول على المزيد من كيمياء بطاريات Li-Ion ، بما في ذلك المواد الجديدة التي تقدم وعدًا بزيادة كثافة الطاقة ، أو كثافة الطاقة ، أو دورة الحياة ، أو انخفاض التكلفة ، وكلها في مراحل مختلفة من التطوير ، كريج قال لورانس ، مستثمر في التكنولوجيا النظيفة ولديه خلفية في هندسة البطاريات ، لـ Lifewire في مقابلة عبر البريد الإلكتروني.
قال لورانس:بطاريات الحالة الصلبة ، وهي تقنية بطاريات من معدن الليثيوم ، يمكن أن توفر كثافة طاقة أعلى بكثير من الليثيوم أيون.
"لدينا قوة حوسبة لا نهائية تقريبًا في جيوبنا ، لكنها مفيدة طالما أن البطارية يمكن أن تبقيها تعمل" ، أضاف. "لهذا السبب لا يمكننا امتلاك هاتف ذكي يدوم أكثر من يوم بشحن أو طائرة بدون طيار يمكن أن تدوم أكثر من 30-60 دقيقة."
الدراجات الإلكترونية هي مجال آخر يحتاج إلى إصلاح شامل للبطارية. في عام 2021 ، أبلغت مدينة نيويورك وحدها عن أكثر من 80 حريقًا مرتبطًا بالدراجات الكهربائية وبطارياتها.ابتكرت ZapBatt بطارية دراجة إلكترونية من تيتانات الليثيوم تدعي أنها مقاومة للحريق ويمكن شحنها بالكامل من 0٪ إلى 100٪ في 20 دقيقة بدلاً من 6 ساعات المعتادة.
"بالنسبة للمستهلكين الأفراد ، فإن الانتظار لمدة ست ساعات لشحن البطارية والحاجة إلى استبدال البطاريات سنويًا أمر غير مريح وغير صديق للبيئة" ، هذا ما قاله تشارلي ويلش ، الرئيس التنفيذي لشركة ZapBatt ، لـ Lifewire في مقابلة عبر البريد الإلكتروني. "مع هذا الارتفاع الكبير في الاهتمام بالدراجة الإلكترونية ، يجب أن تستمر تقنية البطارية في التطور لتشجيع المزيد من الاستخدام وتعزيز السلامة."
