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13.04.2022 - 08:000

Batterie quantistiche più vicine grazie al super-assorbimento

Le batterie quantistiche superveloci potrebbero rivoluzionare il concetto di stoccaggio e trasporto dell’energia.

Un team di scienziati internazionali dell’Università di Adelaide, dell’Università di Sheffield, dell’Istituto di Fotonica e Nanotecnologia del CNR e del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano sono riusciti a dimostrare con successo in un dispositivo proof-of-concept il principio del super-assorbimento, un fenomeno della meccanica quantistica con implicazioni potenzialmente vaste nei campi del calcolo quantistico e dell’accumulo di energia.

L’innovativa ricerca ha pertanto la possibilità di trasformare in realtà le “quantum battery”, una nuova classe di dispositivi che operano secondo i principi della fisica quantistica e che potrebbero avere un impatto rivoluzionario sul concetto di accumulo energetico attraverso un paradosso rappresentato dalla capacità di diminuire il tempo della ricarica man mano che aumentano le dimensioni della batteria. «Le batterie quantiche presentano una proprietà contro-intuitiva in cui il tempo di ricarica è inversamente correlato alla capacità della batteria e cioè alla quantità di carica elettrica immagazzinata. Ciò porta all’idea intrigante che il potere di carica delle batterie quantiche sia super-estensivo e cioè che aumenti più velocemente con le dimensioni della batteria», ha affermato Tersilia Virgili dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie del CNR.

Nello specifico, in una serie di test in laboratorio i ricercatori hanno implementato sperimentalmente il modello di una batteria quantistica posizionando uno strato attivo di molecole organiche fotoassorbenti, un colorante noto come Lumogen-F Orange, in una microcavità tra due specchi. Hanno poi caricato le molecole attraverso l’utilizzo di un laser.

«Lo strato attivo della microcavità contiene materiali semiconduttori organici che immagazzinano l’energia. Alla base dell’effetto super-assorbente delle batterie quantistiche c’è l’idea che tutte le molecole agiscano collettivamente attraverso una proprietà nota come sovrapposizione quantistica», ha spiegato il dottor James Q. Quach dell’Università di Adelaide. «Con l’aumento delle dimensioni della microcavità e del numero di molecole, il tempo di ricarica è diminuito. Questo rappresenta una svolta significativa. E segna una pietra miliare nello sviluppo della batteria quantistica».

Le quantum battery potrebbero avere un impatto significativo sullo stoccaggio energetico, soprattutto nei dispositivi elettronici in miniatura. «Il nostro lavoro apre opportunità future per sfruttare gli effetti collettivi nell’accoppiamento luce-materia per le tecnologie di cattura, stoccaggio e trasporto dell’energia su scala nanometrica», hanno dichiarato i ricercatori, sottolineando come un giorno la batteria quantica superveloce potrà essere applicata in vari ambiti scientifici e tecnologici come per esempio in caricabatteria senza fili, celle solari e macchine fotografiche.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Science Advances, potrebbe quindi essere fondamentale per lo sviluppo di nuove forme più sostenibili di immagazzinamento, stoccaggio e trasporto dell’energia. Il prossimo passo per i ricercatori è quello di sviluppare un prototipo di batteria quantistica completamente funzionante.

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