7 فوریه 2025-باتری های کوانتومی-© shutterstock/pinkeyes
دنیای ذخیره‌سازی انرژی با ظهور باتری‌های کوانتومی در حال تغییری انقلابی است.
تحقیقات اخیر توسط فدریکو کارولو، دانشیار مرکز تحقیقات سیالات و سیستم‌های پیچیده در دانشگاه کاونتری، نشان داده است که کریستال‌های زمان چگونه می‌توانند نقش مهمی در توسعه این دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی داشته باشند.
کریستال های زمان چیست و چگونه کار می کنند؟
برخلاف کریستال‌های معمولی مانند الماس یا کوارتز که ساختار اتمی ثابتی دارند که در فضا تکرار می‌شود، کریستال‌های زمان خاصیت منحصربه‌فردی از خود نشان می‌دهند که در آن الگوهای آنها در طول زمان تکرار می‌شوند.این نوسان پیوسته به آنها اجازه می دهد در یک حالت پویا وجود داشته باشند و هرگز در حالت تعادل قرار نگیرند.به دلیل این ویژگی‌های منحصربه‌فرد، کریستال‌های زمان برای کاربردهای بالقوه‌شان در محاسبات کوانتومی، حسگرهای کوانتومی و در حال حاضر باتری‌های کوانتومی مورد توجه قرار گرفته‌اند.
باتری‌های کوانتومی که با اصول مکانیک کوانتومی تغذیه می‌شوند، پتانسیل ذخیره و انتقال انرژی را سریع‌تر و کارآمدتر از باتری‌های سنتی دارند.تحقیقات انجام شده توسط کارولو و همکارانش بر روی ترمودینامیک کریستال های زمان متمرکز شده است که برای درک جریان و حفظ انرژی در این سیستم ها ضروری است.
یافته‌های آنها نشان می‌دهد که کریستال‌های زمان می‌توانند ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی و کارایی باتری‌های کوانتومی را به میزان قابل توجهی افزایش دهند.
چگونه کریستال های زمان بازده انرژی را بهبود می بخشند
تیم کارولو از طریق مدل‌های نظری و ریاضی پیشرفته، حالت‌های غیرتعادلی کریستال‌های زمان و پیامدهای آنها را برای ذخیره انرژی بررسی کردند.در ابتدا، هدف محققان بررسی چگونگی عملکرد کریستال های زمان جفت شده در یک موتور کوانتومی بود.با این حال، آنها به سرعت متوجه شدند که مدل آنها برای کاربردهای باتری کوانتومی کاربرد بیشتری دارد.تحقیقات آنها نشان داد که سیستم‌های کریستالی زمان جفت شده می‌توانند انرژی را با کارایی بیشتر و مقادیر بیشتری نسبت به سیستم‌های ساکن ذخیره کنند.
این کشف فرصت های جدیدی را برای تامین انرژی دستگاه های نانومقیاس با باتری های کوانتومی باز می کند.
این باتری‌های کوچک و در عین حال قدرتمند می‌توانند به طور قابل‌توجهی از راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی کلاسیک بهتر عمل کنند و سرعت شارژ افزایش یافته و حفظ انرژی برتر را ارائه دهند.
یکی از جنبه های کلیدی توسعه باتری های کوانتومی، درک خواص ترمودینامیکی کریستال های زمان است.
ترمودینامیک نقش مهمی در تعیین منابع مورد نیاز برای حفظ این سیستم ها و ارزیابی کارایی کلی آنها دارد.
تحقیقات Carollo بینش های ارزشمندی را در مورد چگونگی جریان انرژی در کریستال های زمان و چگونگی بهینه سازی آنها برای کاربردهای دنیای واقعی ارائه می دهد.
آینده باتری های کوانتومی
پتانسیل باتری های کوانتومی بسیار زیاد است، با کاربردهای مختلف از لوازم الکترونیکی مصرفی تا راه حل های ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ.در صورت توسعه موفقیت آمیز، این باتری ها می توانند به پیشرفت های قابل توجهی در زمینه هایی مانند موارد زیر دست یافت :
- ذخیره انرژی تجدیدپذیر: حفظ انرژی کارآمدتر برای انرژی خورشیدی و بادی.
- محاسبات کوانتومی: قدرت سیستم های محاسباتی نسل بعدی با قابلیت شارژ فوق العاده سریع.
- دستگاه های پزشکی: ارائه منابع انرژی بادوام برای ایمپلنت ها و حسگرهای پزشکی در مقیاس نانو.
کارولو اضافه کرد: «برای مثال می‌توان از باتری‌های کوانتومی برای هدایت انرژی به دستگاه‌های نانومقیاس استفاده کرد. آنها وعده عملکرد بهتر از باتری های کلاسیک را دارند.امید این است که بتوانیم با گفتگو با صنعت و با نظریه پردازان و تجربی گرایان قدم بعدی را برداریم.ما با هم می‌توانیم چالش‌های آینده بهره‌برداری از کریستال‌های زمان در فناوری و خارج کردن آن از آزمایشگاه‌های فیزیک را درک کنیم.»
با ادامه تحقیقات برای کشف پتانسیل کامل کریستال های زمان در باتری های کوانتومی، آینده ذخیره انرژی به طور فزاینده ای امیدوارکننده به نظر می رسد.با پیشرفت‌های مداوم و همکاری میان رشته‌ای، باتری‌های کوانتومی می‌توانند به زودی از مدل‌های نظری به فناوری دنیای واقعی دگرگون‌کننده تبدیل شوند.
