Belangrijkste leerpunten
- Quantumbatterijen kunnen ooit een revolutie teweegbrengen in de industrie door kleinere formaten en sneller opladen aan te bieden.
- Maar een expert zegt dat kwantumbatterijen misschien “jaren of decennia” verwijderd zijn van het voeden van je mobiele telefoon.
- Veelbelovend onderzoek is aan de gang om meer uit de chemie van Li-Ion-batterijen te halen.
Je gadgets kunnen op een dag een aanzienlijke vermogensboost krijgen dankzij de kwantummechanica. Onderzoekers hebben een doorbraak in kwantumbatterijen aangekondigd die uiteindelijk een revolutie teweeg kunnen brengen in de manier waarop gadgets presteren. Quantumbatterijen kunnen kleiner zijn en sneller opladen dan huidige batterijen. De nieuwe technologie is slechts één manier waarop de batterij-industrie klaar is voor een heroverweging. “Vanuit een puur functioneel perspectief willen we lichtere gadgets met meer opslagruimte, en nieuwe batterijtechnologie zou ons allebei kunnen betalen”, vertelde Mark Falinski, een wetenschapper op het gebied van milieuduurzaamheid die geen deel uitmaakte van de recente studie, aan Lifewire in een e-mailinterview.
Schrödingers batterij?
Onderzoekers van de Universiteit van Adelaide in Australië beweren dat ze een cruciale stap hebben gezet om kwantumbatterijen te realiseren. Ze zeggen dat ze het concept van superabsorptie hebben bewezen, een cruciaal idee dat ten grondslag ligt aan kwantumbatterijen, volgens een recent gepubliceerd onderzoek in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang. “Kwantumbatterijen, die kwantummechanische principes gebruiken om hun mogelijkheden te verbeteren, hebben minder oplaadtijd nodig naarmate ze groter worden”, zei James Q. Quach, een van de auteurs van het onderzoek, in een persbericht. “Het is theoretisch mogelijk dat het laadvermogen van kwantumbatterijen sneller toeneemt dan de grootte van de batterij, wat nieuwe manieren zou kunnen bieden om het opladen te versnellen.” Om het concept van superabsorptie te bewijzen, bouwde het team wafelachtige microholtes van verschillende groottes die organische moleculen bevatten. Elke microholte werd geladen met behulp van een laser. “De actieve laag van de microholte bevat organische halfgeleidermaterialen die de energie opslaan. Aan het superabsorberende effect van de kwantumbatterijen ligt het idee ten grondslag dat alle moleculen gezamenlijk werken via een eigenschap die bekend staat als kwantumsuperpositie”, zei Quach. Quantumsuperpositie, een fundamenteel principe van de kwantummechanica, zegt dat, net als golven in de klassieke fysica, elke twee kwantumtoestanden bij elkaar kunnen worden opgeteld (“gesuperponeerd”), en het resultaat zal een andere geldige kwantumtoestand zijn. Maar Falinkski waarschuwde dat kwantumbatterijen misschien “jaren of decennia” verwijderd zijn van het voeden van je mobiele telefoon. “Dat gezegd hebbende, er worden veel investeringen gedaan in de kwantumcomputerruimte, en als diezelfde investeringen in kwantumbatterijen worden doorgevoerd, kunnen we in een sneller tempo echte vooruitgang boeken”, voegde hij eraan toe. We naderen de theoretische limiet van wat onze batterijen kunnen opslaan en hergebruiken.
Innovaties stimuleren
De behoefte aan nieuwe batterijtechnologie is groot. Tegen 2040 zal het energieverbruik van mensen naar verwachting met 28 procent zijn gestegen ten opzichte van 2015. Het grootste deel van de stroom zal nog steeds afkomstig zijn van fossiele brandstoffen met de bijbehorende kosten voor het milieu. “We naderen de theoretische limiet van wat onze batterijen kunnen opslaan en hergebruiken”, zei Falinski. “Lithium-ionbatterijen worden steeds beter, maar we komen op een punt waarop de natuurkunde en scheikunde ze niet veel meer kunnen verbeteren.” Veelbelovend onderzoek is aan de gang om meer uit de chemie van Li-Ion-batterijen te halen, inclusief nieuwe materialen die de belofte van toenemende energiedichtheid, vermogensdichtheid, levensduur of afnemende kosten bieden, bevinden zich allemaal in verschillende stadia van ontwikkeling, Craig Lawrence, een investeerder in schone technologie die een achtergrond heeft in batterijtechniek, vertelde Lifewire in een e-mailinterview. Solid-state batterijen, een lithium-metaalbatterijtechnologie, zouden een aanzienlijk hogere energiedichtheid kunnen bieden dan lithium-ion, zei Lawrence.
“We hebben bijna oneindige rekenkracht in onze zak, maar het is net zo nuttig zolang de batterij het kan laten werken”, voegde hij eraan toe. “Daarom kunnen we geen smartphone hebben die het langer dan een dag volhoudt op een lading of een drone die meer dan 30-60 minuten meegaat.” E-bikes zijn een ander gebied dat een revisie van de batterij nodig heeft. In 2021 meldde alleen New York City meer dan 80 branden in verband met elektrische fietsen en hun batterijen. ZapBatt heeft een lithium-titanaat e-bike-batterij gemaakt die volgens haar brandwerend is en in 20 minuten volledig kan worden opgeladen van 0% tot 100% in plaats van de gebruikelijke 6 uur. “Voor individuele consumenten is het onhandig en niet milieuvriendelijk om zes uur te wachten op een batterijlading en de batterijen jaarlijks te moeten vervangen”, vertelde Charlie Welch, de CEO van ZapBatt, aan Lifewire in een e-mailinterview. “Met deze enorme toename van de belangstelling voor e-bikes, moet de batterijtechnologie blijven evolueren om meer gebruik aan te moedigen en de veiligheid te verbeteren.”
