Le batterie quantistiche rappresentano una frontiera emergente nell’accumulo di energia, promettendo ricariche rapidissime e capacità superiori rispetto alle batterie tradizionali. Recenti studi condotti in Australia hanno segnato un progresso significativo, riuscendo ad aumentare la durata della carica da nanosecondi a microsecondi. Questo cambiamento apre nuove possibilità per un futuro in cui queste batterie possano uscire dai laboratori e trovare applicazioni pratiche.
Limiti e difficoltà della tecnologia quantistica: il problema della superradianza
Accanto agli aspetti positivi come il superassorbimento, emerge un problema noto come superradianza. Questo fenomeno fa sì che, insieme alla capacità di caricare rapidamente, la batteria perda energia altrettanto rapidamente emettendo radiazioni. In pratica, oltre a caricare presto, la scarica avviene velocemente provocando la perdita immediata della carica accumulata.
Le quantum battery sperimentali realizzate finora hanno mostrato performance impressionanti nella fase di ricarica, ma non sono riuscite a conservare l’energia abbastanza a lungo per essere considerate applicabili su larga scala o per uso quotidiano. Le emissioni radiative durante la scarica hanno rappresentato il principale ostacolo al passaggio dallo stato sperimentale a quello operativo.
Il funzionamento delle batterie quantistiche: superassorbimento e coerenza quantistica
Le quantum battery funzionano sfruttando fenomeni tipici della meccanica quantistica, come la sovrapposizione di stati e l’entanglement tra particelle. A differenza delle batterie elettrochimiche, che immagazzinano energia tramite reazioni chimiche, queste unità conservano l’energia in stati eccitati di sistemi quantistici come atomi o molecole. L’energia si accumula nei livelli quantici e si estrae inducendo transizioni controllate tra questi stati.
Un vantaggio teorico cruciale riguarda la velocità di ricarica che, anziché rimanere fissa o rallentare, aumenta all’aumentare della dimensione della batteria grazie a fenomeni come il superassorbimento. Questo effetto fa sì che le batterie siano in grado di caricare molte più unità di energia nello stesso intervallo di tempo con volumi ridotti.
Il problema principale riguarda la coerenza quantistica. Per mantenere la capacità di immagazzinare carica, le particelle all’interno della batteria devono restare in uno stato coerente di entanglement. Questo stato è instabile e difficile da mantenere fuori dall’ambiente altamente controllato dei laboratori, rendendo complicata la realizzazione di una batteria quantistica affidabile e duratura.
Il progresso australiano: microcavità organiche per una carica più duratura
Un team di ricerca formato da scienziati della RMIT University e del CSIRO ha messo a punto un modello innovativo basato sulle microcavità organiche. In questo sistema, uno strato attivo assorbe l’energia dalla luce e la trasferisce a un secondo strato dove l’energia viene immagazzinata negli stati di tripletto delle molecole, particolari stati quantici stabili.
Gli studiosi hanno scoperto che l’efficienza del trasferimento e la durata della carica migliorano drasticamente quando l’energia del polaritone e quella dello stato di tripletto coincidono. Grazie a questa risonanza, la batteria mantiene l’energia immagazzinata per tempi molto più lunghi rispetto alle versioni precedenti.
Il team ha così prolungato la durata della carica di oltre mille volte, passando dai nanosecondi a microsecondi. Questo traguardo apre la strada a future batterie quantistiche capaci di sopportare tempi più lunghi di utilizzo, un passo avanti rispetto ai modelli che scaricavano l’energia in maniera quasi immediata.
Prospettive e possibili applicazioni delle batterie quantistiche nel prossimo futuro
L’avanzamento ottenuto in Australia non risolve ancora tutti i limiti della tecnologia, ma fornisce una base solida per migliorare le prossime generazioni di quantum battery. La capacità di estendere la durata della carica apre nuovi orizzonti applicativi in campi come l’energia solare o l’alimentazione di dispositivi elettronici piccoli e portatili.
Il fisico chimico Daniel Gómez del RMIT, coautore della ricerca, ha ricordato che “anche se siamo ancora lontani da una batteria quantistica commercializzabile, gli esperimenti in corso sono fondamentali per capire come progettare dispositivi con una carica più stabile ed efficiente.” A tal fine, gli studi di risonanza e trasferimento energetico all’interno delle microcavità organiche potrebbero rappresentare la chiave per superare l’ostacolo della scarica rapida.
Gli sviluppi futuri dovranno affrontare anche altri problemi pratici come la scalabilità e la robustezza dei materiali quantistici scelti, ma è evidente che la ricerca sta avanzando verso batterie più performanti e meno limitate nei tempi di ricarica e scarica rispetto al passato. Per ora, resta aperta la sfida di trasformare questi progressi in tecnologie utilizzabili nella quotidianità.
