راز سرعت در پدیده «ابرجذب»
جیم کوآچ و تیم تحقیقاتیاش در سازمان CSIRO موفق شدند باتریای بسازند که در مقیاس فمتوثانیه (یک کوادریلیونیم ثانیه) شارژ میشود. کلید این دستاورد، بهرهگیری از پدیدهای به نام «ابرجذب» یا Superabsorption است. در باتریهای معمولی، افزایش حجم معمولاً به معنای زمان بیشتر برای شارژ است، اما در سیستمهای کوانتومی موضوع برعکس است؛ هرچه تعداد مولکولهای درگیر در سامانه بیشتر باشد، جذب انرژی با سرعت بیشتری رخ میدهد.
مهندسی در مقیاس نانو؛ از آینهها تا لیزر
ساختار این باتری بر پایه یک ریزکاواک نوری بنا شده است. در این طراحی، دو آینه با فاصله بسیار اندک (حدود ۱۰۰ نانومتر) از یکدیگر قرار گرفتهاند و فضای میان آنها را مولکولهای یک رنگ آلی پر کرده است. فرآیند شارژ زمانی آغاز میشود که تابش لیزر باعث برهمکنش شدید میان نور و مولکولها شود. این تعامل، حالتهای ترکیبی از نور و ماده را خلق میکند و در نتیجه، مولکولها بهصورت جمعی انرژی را میبلعند.
عملکرد زمانی و دستاوردهای فنی
آزمایشها نشان میدهد این باتری در مقیاس فمتوثانیه شارژ شده و قادر است انرژی را برای چند نانوثانیه حفظ کند. این یعنی زمان ذخیرهسازی انرژی تقریباً شش برابر بیشتر از زمان شارژ آن است. تیم کوآچ پیش از این در سال ۲۰۲۲ وجود پدیده ابرجذب را اثبات کرده بود، اما در آزمایشهای اخیر توانستند امکان استخراج جریان الکتریکی از این سامانه را نیز به صورت عملی نشان دهند.
موانع پیش روی تجاریسازی
با وجود این پیشرفت، فاصله زیادی میان این نمونه آزمایشگاهی و باتریهای مورد استفاده در گوشیهای هوشمند یا خودروهای برقی وجود دارد. این فناوری فعلاً با دو چالش بنیادین روبروست:
- ظرفیت بسیار پایین:مقدار انرژی ذخیره شده در این نمونه تنها در حد چند میلیارد الکترونولت است.
- طول عمر کوتاه:مدتزمان نگهداری انرژی در سطح نانوثانیه است که برای کاربردهای روزمره ناکارآمد است.
پژوهشگران برای عبور از این بنبست، روی طراحی یک مدل «هیبریدی» تمرکز کردهاند. هدف آنها ساخت سیستمی است که در آن بخش کوانتومی وظیفه شارژ سریع را بر عهده بگیرد و لایههای کلاسیک، انرژی جذب شده را برای مدتزمان طولانیتری ذخیره کنند.