中國儲能網(wǎng)訊：目前，全球量子電池研究仍處于實驗室理論探索與原型驗證階段，但已有多個研究團隊取得一定研發(fā)進展，這些研究成果將給儲能技術領域帶來顛覆。
從智能手機、電動汽車，到公用事業(yè)規(guī)模儲能系統(tǒng)，電池已經滲透到現(xiàn)代社會方方面面，推動儲能裝置在小型微型化、高功率密度、大存儲容量、更快速充電等性能上不斷逼近物理與化學材料的理論極限。在此背景下，量子電池這一基于量子力學原理的新型儲能技術開始受到關注。通過利用量子糾纏、量子相干等奇特效應，讓量子電池理論上實現(xiàn)儲能密度與充電速度突破。目前，全球量子電池研究仍處于實驗室理論探索與原型驗證階段，但已有多個研究團隊取得一定研發(fā)進展，這些研究成果將給儲能技術領域帶來顛覆。
重新定義小型儲能技術極限
傳統(tǒng)電池通過化學反應存儲能量，量子電池則基于量子力學原理運作，后者得益于微觀世界中獨特的量子特性以及自下而上的原子級制造工藝，有望成為一種具有更小體積、更強充電功率、更高存儲容量以及更大可提取功的新一代儲能與供能裝置。
法國前沿科學洞察網(wǎng)指出，量子電池可以作為小型離網(wǎng)能源，也可為物聯(lián)網(wǎng)設備供電。同時，由于充電和存儲功能集成在一個系統(tǒng)中，更易于集成和使用。
全球范圍內，量子電池研發(fā)仍處于早期階段，但已有一些關鍵性突破。今年7月，蘭州大學與湖北大學和中科院精密測量院合作提出自放電緩解量子電池方案，相關研究成果已發(fā)表在全球物理學頂級期刊上。這是該團隊繼2024年提出抗老化的遠距無線充電量子電池方案后，取得的另一重要成果。該方案首次同時實現(xiàn)了對量子電池可提取功的優(yōu)化與自放電的有效控制，對于推動量子電池的物理實現(xiàn)具有重要理論指導意義。
同一時期，澳大利亞皇家墨爾本理工大學和澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織組成的研究團隊，開發(fā)出一種能顯著延長量子電池壽命的新方法，可以將量子電池的能量保持時間控制至微秒級，比之前的模型提升1000倍。澳大利亞皇家墨爾本理工大學校長特聘研究員Francesco Campaioli表示：“此次技術突破，為便攜式電子設備和小型傳感器供電提供了新方向，相當于一部手機充電30分鐘后閑置，大約20天后才會沒電?！?/span>
科學界普遍認為，針對量子電池研發(fā)，找到恰到好處的能量水平并能夠簡單可靠進行管理、存儲和釋放是關鍵，因為物質在量子物理學中的行為常常出人意料且難以預測。麻省理工學院能源研究所教授羅伯特·湯普森表示：“量子效應在實驗室環(huán)境下表現(xiàn)良好，但在真實世界中仍然面臨穩(wěn)定性問題。極端溫度、震動等因素都可能影響量子態(tài)的維持?！?/span>
有效提高光伏電池轉換效率
美國物理學會旗下能源期刊PRX Energy指出，量子電池技術可以顯著提高太陽能電池效率，使其能夠更快捕獲和儲存太陽能，同時也能催生出更高效、更強大的電子設備。
今年2月，澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織首席科學家James Quach領導的研究團隊，成功開發(fā)出一種利用微腔的量子電池模型。該微腔是一個充滿有機分子的微小空間，有機分子之間會放置高反射性的微米級鏡子，這些鏡子能夠捕獲激光，促使分子從光中吸收能量。
該研究團隊充分利用量子糾纏現(xiàn)象，從而讓這個量子電池模型可以實現(xiàn)一種稱為“超吸收”的顯著效應，進而讓充電速度變得更快。微腔中的有機分子越多，充電過程就越快，這是因為相互糾纏的吸光分子協(xié)同工作，形成了一個整體的“量子超級分子”，增強能量吸收能力。這意味著，在陰天等弱光條件下，這個量子電池模型能更高效地捕獲稀缺的光子；而在強光條件下，集體吸收特性則以遠超傳統(tǒng)電池的極限速度進行充電，從而大幅提升吸光效率，為全天候、高效益太陽能發(fā)電與存儲一體化提供了全新路徑。
James Quach表示：“量子電池通過改善光電材料在弱光條件下的能量捕獲能力，提高太陽能電池的效率。不過，我們還有很多工作要做。比如，目前的太陽能電池能夠存儲來自寬范圍波長的能量，但我們量子電池原型只能吸收特定波長的光?！?/span>
James Quach研究團隊正在探索不同材料和結構配置，從而進一步完善這個量子電池模型的構造，為大規(guī)模應用制造出實用且成本效益高的量子電池奠定基礎。
大幅提升電動汽車續(xù)航能力
值得一提的是，量子電池在電動汽車領域應用也有顯著進展。今年4月，特斯拉公布了其量子電池技術研發(fā)動向，稱該技術將使特斯拉新款電動汽車續(xù)航能力突破2000公里。
“這不是簡單的技術迭代，而是能源行業(yè)的革命性飛躍?！碧厮估紫瘓?zhí)行官埃隆·馬斯克表示。量子電池技術突破了鋰離子電池的物理限制，通過結合量子隧穿效應和超級電容技術，將電池能量密度提高近8倍。
特斯拉在量子電池技術方面的研發(fā)主要集中于“量子波動提取”，即利用電子的波粒二象性，通過特殊材料結構，讓能量在微觀層面實現(xiàn)高效儲存和釋放，研發(fā)關鍵在于新型納米級石墨烯陣列結構。特斯拉首席技術官安德魯·鮑爾指出，這相當于將儲能技術提升一個或兩個維度，將打破傳統(tǒng)熱力學的部分限制。特斯拉開發(fā)的專用量子管理系統(tǒng)，還可以精確控制充放電過程，確保電池安全高效運行。
美國汽車工程師學會獨立測試顯示，搭載量子電池的特斯拉Model S在綜合工況下，續(xù)航里程可達1980公里，較目前市面上的電動汽車提升近3倍。
特斯拉方面表示，該公司的量子電池技術還支持“閃充”功能，只需要15分鐘即可充滿80%的電量，足夠行駛1600公里。雖然特斯拉并未公布搭載量子電池的車型價格，但市場估計，將比同級別車型高出30%至50%。
