Baterias quânticas super-rápidas: nova tecnologia do Politécnico de Milão

Com baterias cada vez mais espaçosas em nossos smartphones, e-bikes e carros elétricos, são necessários tempos de carregamento cada vez mais longos . Alternativamente, a potência de carregamento pode ser aumentada às custas da longevidade das baterias de lítio atuais. Um compromisso que às vezes é aceitável, mas que destaca um dos limites da tecnologia atual . Esse compromisso pode não existir mais no futuro, graças às baterias quânticas que diminuem os tempos de carregamento à medida que sua capacidade aumenta.

Mecânica quântica na tecnologia

As baterias quânticas são baseadas nos princípios da mecânica quântica , que dá particular atenção aos fenômenos da energia atômica e subatômica, onde as leis da física clássica são inadequadas. A mecânica quântica permitiu o desenvolvimento de muitas tecnologias ao longo do último meio século , da medicina à indústria.

Cada molécula representa uma unidade que pode existir em um estado de superposição quântica de dois níveis de energia (fundamental e excitado), semelhante à forma como um qubit, a unidade básica de informação quântica, pode ser 0 e 1 simultaneamente em computadores quânticos

Giulio Cerullo, pesquisador do Departamento de Física do Politécnico de Milão

Basta dizer que uma certa propriedade da função de onda do elétron explica como e por que os metais conduzem eletricidade e, portanto, leva ao estudo dos semicondutores e à invenção do transistor, do qual nascem o circuito integrado, o computador e a internet. O princípio básico das baterias quânticas é o uso de semicondutores que exploram o princípio da superposição quântica . Determina uma redução líquida do tempo de recarga à medida que as “microcavidades” presentes na bateria aumentam.

A tecnologia das baterias quânticas super-rápidas

A ideia de baterias quânticas super-rápidas se inspira no fenômeno amplamente estudado de superradiância , pelo qual a velocidade com que a matéria emite ou absorve luz pode ser alterada pelo seu ambiente. Um fenômeno em alguns aspectos semelhante à ressonância . A interdependência construtiva no processo de emissão significa que dado um conjunto N de emissores, a escala de tempo de emissão é 1 / N, assim como a potência de pico da escala de emissão é N ² .

Para armazenar energia, foi considerado o processo inverso, superabsorção , mais difícil de demonstrar devido à dificuldade em medir processos ultrarrápidos e estudado apenas para um pequeno número de átomos. A peculiaridade da superabsorção é o conceito de escala superextensiva de absorção: a ideia-chave por trás das baterias quânticas super rápidas é que sistemas maiores absorvem mais rapidamente .

Modelo, resultados e conclusões

Microcavidades orgânicas e espectroscopia óptica de sonda de bomba ultrarrápida foram usadas para superar as dificuldades de medição. O estudo destaca o potencial de futuras aplicações superextensivas baseadas em carga . Foi dada especial atenção à análise da vantagem quântica na recarga; isso também estabelece as bases para o desafio de aplicar esse efeito na prática e integrá-lo em dispositivos onde a energia pode ser extraída e usada de forma eficiente. O modelo utilizado experimentalmente fornece um caminho direto para integração em um dispositivo fotovoltaico orgânico.

Por mais que a tecnologia tenha o potencial de revolucionar os aparelhos que estamos acostumados, não sabemos quando chegará a um produto acabado . De fato, é fácil sentir um certo distanciamento quando nos deparamos com revoluções anunciadas de uma tecnologia já estabelecida. Apenas uma pequena parte do produto de pesquisa chega à fase final e uma parte ainda menor tem ousadia para chegar ao mercado. Frequentemente ouvimos falar de revoluções nos dispositivos de armazenamento de energia. Já em 2017 a Toshiba anunciou baterias de carregamento ultrarrápido , que deveriam ter chegado ao mercado em 2019 mas até o momento não há novidades.

Desejamos o melhor para o estudo em que trabalharam Teresilla Virgili, do Instituto de Fotônica e Nanotecnologias do Conselho Nacional de Pesquisa ( Cnr-Ifn ) e Giulio Cerullo, do Departamento de Física do Politecnico di Milano.

Artigo de Francesco Porcelli

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