Ученые проработали квантовые аккумуляторы в теории // 07 Ноября 2012

Ученые из университета штата Иллинойс в г. Урбана-Шампэйн (UUIC University of Illinois at Urbana-Champaign, США) предложили новую конструкцию аккумуляторов, способных в несколько раз превзойти по емкости современные литий-ионные батареи. По сути, новые «цифровые квантовые батареи» представляют собой комплекс из миллиардов крохотных энергетических накопителей, каждый из которых является конденсатором нанометрового размера. На данный момент новая батарея существует только на бумаге и в форме теоретических выкладок.

Как заявляют разработчики, в новом «квантовом» аккумуляторе активно используются квантовые эффекты, возникающие при взаимодействии частиц в масштабе отдельных атомов. Эти эффекты порождают необычно мощные электрические поля, что позволяет накапливать в каждом «наноконденсаторе» огромный для его размеров объем энергии.

Традиционные накопители электрической энергии состоят из двух электродов, выполненных в макроразмерах. Эти электроды отделены друг от друга слоем изолятора. Прикладывая к этим электродам напряжение, пользователь наращивает электрический заряд в изоляторе, накапливая энергию. Тем не менее, такие технологии сильно ограничены по емкости, а также допускают возможность внеплановой разрядки.

«Квантовый аккумулятор», предложенный учеными из UIUC, состоит из отдельных накопителей, в которых электроды находятся на расстоянии всего 10 нанометров – на этом расстоянии умещается всего около 100 атомов. На таких расстояниях практически отсутствует эффект электрической дуги – главная причина утечки заряда в более крупных конденсаторах. Защитой от дугового эффекта служат те же квантовые эффекты, которые увеличивают емкость наноконденсаторов. Вообще говоря, ученые уже много лет знают об аномально мощных электрических полях, которые можно создавать в нанометровых конденсаторах, но до сих пор применения этому явлению не находилось. Как рассказал один из руководителей команды изобретателей Альфред Хаблер (Alfred Hubler), «люди не осознавали, что мощные электрические поля – это повышенная энергетическая плотность, которую можно использовать для накапливания гораздо большего объема энергии, чем в современных аккумуляторах».

Авторы «квантового аккумулятора» опубликовали результаты своих теоретических исследований в авторитетном научном журнале «Complexity». Согласно приведенным в статье выкладкам, емкость нового аккумулятора может в 2-10 раз превосходить показатели нынешних литий-ионных батарей. Главное же преимущество нового накопителя энергии состоит в его устойчивости к разрядке и в рекордной скорости зарядки/разрядки – предположительно, эта скорость будет на несколько порядков выше, чем у традиционных электрохимических батарей.

По материалам сайтов Softpedia и MIT Technology Review.