Квантовые батареи смогут хранить на порядок больше электроэнергии

Физик Альфред Хаблер (Alfred Hubler) из Университета Иллинойса (University of Illinois) заявил, что ему удалось значительно увеличить емкость хранилищ электроэнергии благодаря разработке концепции цифровой квантовой батареи.

Суть концепции заключается в использовании миллиардов наноконденсаторов (конденсоторов микроскопического размера) и основана на квантовых эффектах на атомарном уровне. Привычные конденсаторы состоят из двух проводящих электродов, разделенных изолирующим материалом. В результате воздействия напряжения возникает электрическое поле в изолирующем материале и появляется возможность накопления заряда. Однако такие устройства не способны сохранять большое количество энергии, так как при достижении определенного заряда возникают искрение, пробой и утечка заряда.

Хаблер утверждает, что скорость заряда и разряда наноконденсаторов может быть на порядок выше существующих моделей конденсаторов, а их емкость способна в 10 раз превысить емкость современных литий-ионных аккумуляторов. По его словам, добиться этого можно, если создавать конденсаторы на наноуровне и объединять их в массивы. Однако в таких наноконденсаторах расстояние между электродами должно составлять около 10 нм (около 100 атомов). В таком случае возникающие квантовые эффекты будут сдерживать увеличение концентрации свободных носителей заряда и, соответственно, утечки. Отмечается, что уже многие годы исследователи знали о возможности наноконденсаторов значительно увеличить напряженность электрического поля. Однако, по словам Хаблера, люди не осознавали, что увеличение напряженности электрического поля также влечет за собой увеличение плотности хранения энергии, что можно использовать с целью ее аккумулирования и последующего использования.

При этом отмечается, что цифровые квантовые батареи могут производиться на основе существующей литографической технологии производства чипов, а для их создания можно использовать относительно дешевые и нетоксичные материалы: железо, вольфрам, кремний. В результате такие устройства теоретически смогут полностью обеспечить сохранность энергии без потерь, или же потери будут ничтожно малы. Хаблер заявил, что надеется создать рабочий прототип наноконденсаторной батареи на протяжении одного года. Однако на сегодняшний день квантовая батарея является всего лишь запатентованным концептом. При этом отмечается, что для финансирования исследований ему удалось привлечь агентство DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency — Агентство передовых оборонных исследовательских проектов).