Kuantum bataryalar enerjiyi artık daha uzun süre tutabiliyor

Erdem Çınar

Film ve Dizi Editörü

Avustralya’da RMIT Üniversitesi ve CSIRO tarafından yürütülen yeni bir araştırma ise bu sınırlamaların bir gün aşılabileceğine dair önemli doneler ortaya koydu. Bilim insanları, geliştirdikleri yenilikçi sistemle enerji depolama süresini nanosaniyerlerden mikrosaniyelere taşıyarak, önceki versiyonlara kıyasla bin katlık bir ilerleme kaydetti. Dahası, teorik olarak bu sürenin bir saniyeye kadar çıkabileceği de ortaya koyulmuş oldu. Elbette bunlar hâlâ çok kısa süreler ama 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 reaksiyonlara değil, kuantum fiziğinin temel ilkelerine, özellikle de kuantum süperpozisyonu ve kuantum dolanıklık gibi fenomenlere dayanıyor. Bu sistemlerde enerji, fotonlar ile özel moleküller arasındaki etkileşim sonucunda oluşan polaritonlar aracılığıyla aktarılıyor. Polaritonlar, hem ışık hem madde özelliği taşıyan hibrit parçacıklar olarak, enerjinin olağanüstü hızlarla şarj edilmesine olanak tanıyor. Bu da kuantum bataryaların, enerjiyi neredeyse anında depolayabilmesini mümkün kılıyor.

Avustralya'daki araştırmacılar ise bu prensibi bir adım ileri taşıyarak, enerjiyi daha uzun süreli olarak saklayabilen bir yapı geliştirmeyi başardı. Bu çalışmada, ışığı yansıtarak hapseden optik boşluklar içine yerleştirilen "Rhodamine 6G" adlı floresan boya molekülleriyle polariton üretimi sağlandı. Bu "şarj katmanı", enerjiyi kuantum düzeyde yakalarken, eklenen ikinci bir katman bu enerjiyi tutma görevini üstlendi. Burada devreye giren palladyum tetrafenilporfirin adlı ışığa duyarlı kimyasal, enerjiyi triplet durum olarak bilinen düşük enerjili, kararlı bir hâlde depolayarak sistemin enerji saklayabilme süresini mikro saniyelere çıkardı. Çalışmanın yazarlarından 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 sorunlardan birine, yani ani enerji kaybına karşı somut bir çözüm sunuyor. Önceki nesil sistemlerde şarj ne kadar hızlıysa, boşalma da aynı oranda hızlı oluyordu. Ancak bu yeni tasarım sayesinde araştırmacılar, bataryanın hem hızlı şarj olabileceğini hem de kullanılabilir süre boyunca enerji tutabileceğini göstermiş oldular.

Enerji depolama süresi hâlâ mikrosaniyelerle ölçülüyor olduğu hâlde bu teknolojiye bu kadar önem atfediliyor olmasının başlıca sebebi, kuantum bataryaların vadettiği muazzam potansiyel. Kuantum bataryalar, tam anlamıyla olgunlaştıkları takdirde enerji teknolojilerinde devrim niteliğinde bir dönüşüm yaratabilir. Teorik olarak bu bataryalar, saniyeler içinde değil, milisaniyeler ya da daha kısa sürede şarj edilebilecek sistemler sunabilir; bu da elektrikli araçlardan taşınabilir cihazlara kadar pek çok alanda bekleme süresini ortadan kaldırabilir. Aynı zamanda daha yüksek enerji yoğunluğu ve daha az enerji kaybıyla çalışabilecekleri için, daha küçük boyutlarda daha güçlü bataryaların üretimi mümkün olabilir. Yani kuantum bataryalar, hızlı şarj, uzun ömür ve yüksek verimlilik vaatleriyle geleceğin enerji altyapısını yeniden tanımlayabilir.