البطاريات الكمومية قد تصبح حقيقة تمكننا من القدرة على الشحن اللحظي.
البطاريات التي تعتمد على الطبيعة الموجية للجسيمات المشحونة قد تحدث ثورة في تخزين الطاقة، ما يتيح تخزين كميات أكبر من الطاقة بسرعة أكبر مما قد تحققه الخلايا الكهروكيميائية التقليدية.
طور فريق من الفيزيائيين من جامعة تشينغ كونغ الوطنية نهجًا جديدًا قد يحول مبادئ البطاريات الكمومية السريعة الشحن إلى نظام عملي، إذ أوضحوا كيفية استخدام التراكب الفائق للبطاريات لتخزين الطاقة بسرعة وكفاءة.
قد يدخلنا هذا في عصر جديد، إذ يعتمد أساس فيزياء الكم على مبدأ أن جميع أجزاء المادة لها هوية موجية تنتشر عبر الزمان والمكان. تمثل هذه الموجات خصائص الجسم –سواءً أكان إلكترونًا أو جزيئًا أو قطة أو كوكبًا بأكمله– بوصفها مجموعة من الاحتمالات تُعرف بالتراكب الفائق.
في السنوات الأخيرة، تساءل الباحثون عما إذا كان للأجسام في حالة التراكب الفائق هذه شيء مشترك مع الحركة العشوائية للمواد المسخنة في المحرك، ما قد يمكننا من استغلال هذه الظاهرة الكمية بطرق جديدة لنقل الطاقة وحفظها.
تُعد هذه الفكرة رائعة من حيث المفهوم، لكن تحويل نظرية محركات الحرارة الكمية إلى جهاز عملي يتطلب تحديد عمليات مناسبة لا تضيع الكثير من الطاقة.
قيّم الباحثون تجريبيًا نهجين لاستخدام تراكب الجسيمات، لشحن بطارية كمية افتراضية، لتحديد ما إذا كانت حالتها الضبابية تنقل الطاقة بالفعل.
بدلًا من استخدام بطارية فعلية، استخدم الفريق أيونًا مقيدًا في حالة تراكب تُعرف باسم الكيوبت، الذي يمكنه اكتساب الطاقة في أثناء مروره عبر فضاء عاكس يقيد أنواع الموجات المارة.
وجد الباحثون أن التراكب الفائق للأيون يمكنه تحقيق شحن فعال للغاية. واكتشفوا أن نهج «الأبواب المتعددة، غرفة واحدة» يؤدي إلى تأثير تداخلي، قد يؤدي نظريًا إلى ما يسمونه «ظاهرة الشحن المثالي»، التي تسمح بالتحويل الكامل للطاقة المخزنة إلى عمل في أي مرحلة من مراحل عملية الشحن.
أثبت الباحثون أيضًا أن العملية قابلة للتوسع، إذ يستمر تأثير التداخل حتى عند إرسال أكثر من كيوبت عبر التجويف.
بتنفيذ العملية على منصة (IBM Quantum) وأجهزة (IonQ) الكمية، أظهر الفريق دليلًا على مفهوم نهجهم، ما يشير إلى أن نظامًا مشابهًا قد يكون وسيلة فعالة من حيث الطاقة للشحن السريع واستخراج الطاقة من نظام كمي.
مع أن الكيوبت يمكنه محاكاة الفيزياء الأساسية، فإن تحويل النهج إلى شيء أكثر عملية يشبه البطاريات سيتطلب تطوير طرق جديدة، ما يعني أن الأمر سيستغرق وقتًا قبل أن نتمكن من شحن دراجاتنا الكهربائية بسرعة فائقة.
تُظهر التجربة أنه لا يوجد في قوانين الفيزياء ما يمنعنا من استغلال المزايا الكمية لتخزين الطاقة بكفاءة وسرعة.
في ظل رغبة العالم للتحول بعيدًا عن الوقود الأحفوري، وسعيه للحصول على طرق أفضل لتخزين الطاقة الكهربائية من الموارد المتجددة، ستزداد أهمية البطاريات القوية التي يمكنها استيعاب كميات كبيرة من الطاقة بسرعة.
اقرأ أيضًا:
اختراع بطارية مائية جديدة قابلة لإعادة التدوير ولا تنفجر
ما الطريقة المُثلى لشحن بطارية اللابتوب؟ الشحن إلى 100٪ ليست أفضلها
ترجمة: أمير المريمي
تدقيق: بسام موسى
