Enerjiyi kuantum seviyede depolamayı hedefleyen kuantum bataryalar, yıllardır teorik seviyede tartışılan, lakin şimdi laboratuvar sonlarını aşamamış en dikkat cazip teknolojiler ortasında yer alıyor. Bu bataryaların en büyük vaadi, enerjiyi çok kısa müddette şarj edip yeniden fevkalâde verimlilikle depolayabilme potansiyeline sahip olmaları. Lakin bugüne dek yapılan çalışmalarda, gücün sırf nanosaniyeler üzere son derece kısa müddetler saklanabilmiş olması bu bataryaların pratik kullanım alanlarına geçip geçemeyeceğine dair önemli soru işaretleri yaratıyordu. Avustralya’da RMIT Üniversitesi ve CSIRO tarafından yürütülen yeni bir araştırma ise bu sınırlamaların bir gün aşılabileceğine dair değerli doneler ortaya koydu. Bilim insanları, geliştirdikleri yenilikçi sistemle enerji depolama müddetini nanosaniyerlerden mikrosaniyelere taşıyarak, evvelki versiyonlara kıyasla bin katlık bir ilerleme kaydetti. Dahası, teorik olarak bu müddetin bir saniyeye kadar çıkabileceği de ortaya koyulmuş oldu. Elbette bunlar hâlâ çok kısa müddetler ancak bu alanda yaşanan her atılımla birlikte, bir gün kuantum bataryalar kullanma hayali biraz daha somut bir hâl alıyor.
Yeni Hibrit Sistem, Kuantum Bataryalara Kimyasal Bir Katman da Ekliyor
Kuantum bataryalar, enerjiyi depolamak için klasik bataryalardaki kimyasal tepkilere değil, kuantum fiziğinin temel prensiplerine, bilhassa de kuantum süperpozisyonu ve kuantum dolanıklık üzere fenomenlere dayanıyor. Bu sistemlerde güç, fotonlar ile özel moleküller ortasındaki etkileşim sonucunda oluşan polaritonlar aracılığıyla aktarılıyor. Polaritonlar, hem ışık hem unsur özelliği taşıyan hibrit parçacıklar olarak, gücün harikulâde suratlarla şarj edilmesine imkan tanıyor. Bu da kuantum bataryaların, enerjiyi neredeyse anında depolayabilmesini mümkün kılıyor.
Avustralya’daki araştırmacılar ise bu prensibi bir adım ileri taşıyarak, enerjiyi daha uzun vadeli olarak saklayabilen bir yapı geliştirmeyi başardı. Bu çalışmada, ışığı yansıtarak hapseden optik boşluklar içine yerleştirilen “Rhodamine 6G” isimli floresan boya molekülleriyle polariton üretimi sağlandı. Bu “şarj katmanı”, enerjiyi kuantum seviyede yakalarken, eklenen ikinci bir katman bu enerjiyi tutma vazifesini üstlendi. Burada devreye giren palladyum tetrafenilporfirin isimli ışığa hassas kimyasal, enerjiyi triplet durum olarak bilinen düşük güçlü, kararlı bir hâlde depolayarak sistemin güç saklayabilme müddetini mikro saniyelere çıkardı. Çalışmanın muharrirlerinden olan Daniel Tibben, teorik olarak bu süreyi bir saniyeye kadar uzatmanın mümkün olduğunu belirtiyor.
Kuantum katmandan gelen enerjiyi kimyasal bir sistem aracılığıyla sabitleyen bu hibrit yaklaşım, kuantum bataryaların bugüne kadar karşılaştığı en büyük problemlerden birine, yani ani güç kaybına karşı somut bir tahlil sunuyor. Evvelki kuşak sistemlerde şarj ne kadar süratliyse, boşalma da tıpkı oranda süratli oluyordu. Fakat bu yeni tasarım sayesinde araştırmacılar, bataryanın hem süratli şarj olabileceğini hem de kullanılabilir mühlet boyunca güç tutabileceğini göstermiş oldular.
Enerji depolama müddeti hâlâ mikrosaniyelerle ölçülüyor olduğu hâlde bu teknolojiye bu kadar ehemmiyet atfediliyor olmasının esas sebebi, kuantum bataryaların vadettiği muazzam potansiyel. Kuantum bataryalar, tam manasıyla olgunlaştıkları takdirde güç teknolojilerinde ihtilal niteliğinde bir dönüşüm yaratabilir. Teorik olarak bu bataryalar, saniyeler içinde değil, milisaniyeler ya da daha kısa müddette şarj edilebilecek sistemler sunabilir; bu da elektrikli araçlardan taşınabilir aygıtlara kadar pek çok alanda bekleme mühletini ortadan kaldırabilir. Tıpkı vakitte daha yüksek güç yoğunluğu ve daha az güç kaybıyla çalışabilecekleri için, daha küçük boyutlarda daha güçlü bataryaların üretimi mümkün olabilir. Yani kuantum bataryalar, süratli şarj, uzun ömür ve yüksek verimlilik vaatleriyle geleceğin güç altyapısını tekrar tanımlayabilir.
