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Protótipo de bateria quântica criado por pesquisadores usa laser, camadas semicondutoras orgânicas e efeitos da mecânica quântica para carregar em um quatrilionésimo de segundo, mantendo energia por tempo muito maior que o carregamento e abrindo caminho para novas aplicações em armazenamento energético
ma bateria quântica criada em miniatura por pesquisadores carregou com um pulso de laser em um quatrilionésimo de segundo e manteve a carga por dezenas de nanossegundos. A prova de conceito, descrita em estudo publicado em 13 de março na revista Light: Science & Applications, aponta para um novo caminho no armazenamento de energia.
A tecnologia ainda está em fase inicial, mas os autores afirmam que, se puder ser replicada em escalas maiores, poderá alterar profundamente o setor de baterias. A expectativa envolve aplicações de armazenamento de longo prazo e baterias de alta densidade, especialmente em áreas como veículos elétricos pesados, eletrificação remota e sistemas de baixo custo.
James Hutchinson, coautor do estudo e professor associado de Química Física da Universidade de Melbourne, afirmou que as baterias quânticas poderão carregar muito mais rápido do que as baterias tradicionais. Além disso, elas também poderão apresentar densidade de energia e durabilidade muito maiores.
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Bateria quântica troca reações químicas por efeitos da mecânica quântica
Em uma bateria comum de íon-lítio, os íons se deslocam entre o cátodo e o ânodo por meio de um eletrólito. Já em uma bateria quântica, a energia não fica armazenada dessa forma, mas como excitação eletromagnética entre moléculas coerentes.
Essas moléculas compartilham estados internos não aleatórios, como energia vibracional ou estados eletrônicos. Com isso, conseguem manter uma relação fixa entre si, o que permite um funcionamento baseado em efeitos da mecânica quântica.
O projeto utiliza a coerência quântica, fenômeno em que um conjunto de partículas locais pode existir em múltiplos estados ao mesmo tempo. Embora estejam em uma superposição de estados, essas partículas se comportam de maneira previsível umas em relação às outras.
Dentro da bateria, as partículas coerentes passam por emaranhamento quântico. Isso significa que elas deixam de estar apenas alinhadas e passam a atuar como partes funcionalmente idênticas de um sistema maior.
Esse comportamento é central para a proposta da bateria quântica. Ele permite que todas as moléculas envolvidas no dispositivo carreguem a uma velocidade constante, independentemente do tamanho total da bateria.
Quanto maior o número de moléculas coerentes no sistema, mais eficiente se torna a absorção de energia. Na prática, isso significa que o tempo de carregamento pode diminuir à medida que a bateria aumenta de tamanho.
Laser, superabsorção e microcavidade explicam o carregamento ultrarrápido
Hutchinson explicou que, assim como as baterias convencionais, as baterias quânticas carregam, armazenam e descarregam energia. A diferença está no mecanismo usado para executar esse processo.
Enquanto as baterias comuns dependem de reações químicas, a bateria quântica aproveita propriedades da mecânica quântica. A vantagem apontada pelo pesquisador é a capacidade de absorver luz em um único grande evento de superabsorção, o que acelera o carregamento.
Para construir o dispositivo, os pesquisadores se apoiaram no modelo de Dicke, usado em óptica quântica. Esse modelo afirma que, quando luz e matéria são acopladas acima de determinado valor, elas podem se tornar superradiantes.
A superradiância ocorre quando um grupo de emissores libera luz coletivamente em um pulso curto e intenso. No caso da bateria, esse princípio ajuda a explicar tanto a absorção rápida de energia quanto a posterior descarga do sistema.
A estrutura prática do protótipo reúne camadas semicondutoras orgânicas intercaladas entre espelhos de prata. Essas camadas formam uma microcavidade, uma estrutura microscópica que prende a luz em um pequeno volume e permite que ela seja refletida várias vezes.
A microcavidade é considerada essencial porque cria o ambiente confinado necessário para o acoplamento entre luz e matéria. É nesse ambiente que o sistema atinge a proporção prevista pelo modelo de Dicke e viabiliza a superabsorção.
Essa configuração permite que o grupo coerente de moléculas ou átomos emita luz em um pulso unificado, função necessária para a descarga da bateria quântica. Também possibilita a absorção de luz a uma taxa igual ao quadrado do número de moléculas coerentes.
Acima e abaixo dos semicondutores orgânicos, os pesquisadores adicionaram camadas de bloqueio de lacunas e de transporte de elétrons. Elas garantem que os elétrons possam fluir em direção ao cátodo e aos eletrodos quando necessário.
Essa organização permite que o dispositivo funcione como uma bateria. O resultado é uma arquitetura que une materiais orgânicos, espelhos de prata e efeitos quânticos para armazenar e liberar energia.
Teste mostrou carga em um quatrilionésimo de segundo
Os testes foram realizados nos Laboratórios de Espectroscopia Ultrarrápida e Microespectral da Universidade de Melbourne. Durante o experimento, os pesquisadores dispararam um pulso de laser com largura de banda de 31 nanômetros por um femtosegundo.
Um femtosegundo corresponde a um quatrilionésimo de segundo. Esse pulso induziu um estado excitado nas moléculas, que permaneceu por dezenas de nanossegundos, ou várias centenas de milionésimos de segundo.
O resultado indica que a bateria consegue manter a carga por um período 1 milhão de vezes maior do que o tempo necessário para carregá-la. Essa relação entre tempo de carga e tempo de retenção é um dos pontos mais fortes da prova de conceito.
Nessa escala, uma bateria que levasse um minuto para carregar poderia permanecer carregada por alguns anos. A estimativa foi apresentada por James Quach, líder científico da CSIRO, a agência nacional de ciência da Austrália.
O desempenho observado ainda pertence a um protótipo em miniatura. Mesmo assim, os pesquisadores tratam o experimento como um passo importante para demonstrar que a ideia de uma bateria quântica pode sair do campo teórico e funcionar em laboratório.
Próximo desafio é ampliar o sistema sem perder a carga
A próxima etapa dos pesquisadores será ampliar a bateria mantendo sua capacidade de conservar energia. Esse ponto é considerado um obstáculo crucial para qualquer aplicação prática da tecnologia.
A dificuldade está no fato de que a energia armazenada em baterias quânticas pode ser afetada por ruídos ambientais. Esses ruídos podem interromper ou eliminar o comportamento quântico do sistema em um processo chamado decoerência.
Superar esse problema será decisivo para transformar o protótipo em uma tecnologia viável. Sem controle sobre a decoerência, a bateria pode perder justamente as propriedades que tornam seu funcionamento diferente das baterias tradicionais.
Caso esse obstáculo seja vencido, as implicações de uma bateria quântica prática poderão ser amplas. Uma das possibilidades citadas é o carregamento remoto por laser, que abriria novas oportunidades para baterias usadas em drones ou aeronaves.
Nesse cenário, esses equipamentos poderiam ser carregados em pleno voo. A aplicação dependeria de uma versão maior e estável da tecnologia, capaz de manter a carga e resistir às interferências do ambiente.
Andrew White, que lidera o Laboratório de Tecnologia Quântica da Universidade de Queensland, apontou outra aplicação inicial possível. A bateria quântica poderia ser usada para alimentar computadores quânticos com custo de energia muito baixo.
O estudo coloca a tecnologia em uma fase de demonstração, ainda distante de uso comercial. Mesmo assim, o protótipo mostra que uma bateria quântica pode carregar, armazenar e descarregar energia usando efeitos da mecânica quântica, abrindo caminho para novas pesquisas em armazenamento energético.
CLIQUE aqui para conferir o estudo.
As possibilidades de construção de baterias quanticas são enormes, e não vejo dificuldade nisso.
Pois já domino esse assunto, e tem provas de que ela é possível.
Na matéria descrita pelo coautor do projeto de baterias quântica, cordenada pelo fisco- químico James hutchinson, ele apresenta um estado de coerência quântica.
Mas, não é bem isso que acontece, e sim uma interferência optica eletro estimulada por fotons do raio laser.
Ele garante que está bateria está em um estado de bateria química e apenas mudou o tipo de substrato quimico, e isto está exato.
Mas, não houve um descrição exata de qual foi a substância.
E que ela funciona e carrega através de reflexão entre as moléculas da mistura química.
Portanto para isso acontecer teria que a bateria conter, qualquer tipo de substrato a base de prata, dos tipos nitratos e sulfatos e sulfetos de prata na mistura.
Assim o laser atua diretamente nas nano partículas atômicas dos ions de prata.
Fazendo os átomos de prata vibrar junto com os fotons de alta energia vindo laser.
E tudo não passa de uma interferência reativa nas moléculas e nos ions da mistura de substratos que compõem a bateria química.
E essa teoria, afirma que pode ser usado tanto em bateria química orgânica e de química inorgânica e até em outras possibilidades.
E também afirmo que tem possibilidade de se fazer em baterias sólidas de vidro, cristal, cerâmicas e outros métodos.
Também para que isso seja torne totalmente possível, a bateria solida tem que ter no mínimo transparência ou alguma semi transparência.
O tipo de laser não prescisa ser o de femtosegundo para se fazer o carregamento, mas um laser que seja de cor azul ou verde.
Pois oque ele apresenta em suas experiências é um laser de femtosegundos, que é caríssimo e não acessível a qualquer pessoa.
Mas, ser for usado o laser verde, aí tudo estará funcionando corretamente e carregando a bateria por no mínimo 3 a 4 segundos de exposição ao laser.
Usando substrato de prata na mistura química, que nada mais é do que um sal de prata, que se divide entre a mistura química e deixa septilhoes de átomos de prata polida esparramado na mistura química.
E tanto pequenos átomos de prata nessa mistura funcionam como dexalhoes de espelhos de prata dentro da mistura, forçando a refletir o laser para todos os lados e assim aumenta a carga iônica dos ions de prata.
Desculpem, por eu dar a receita perfeita de como construir essa bateria.
Mas não se limita a ser tão simples assim, para confecciona-la.
Tem que ter um bom laboratório com preparação ante- explosão.Pois se o substrato não tiver as dosagem certas e se já estiver com muita carga, ao se colocar o laser azul ou o verde para interagir na mistura da bateria, então poderá explodir liberando gases da reação química acelerada.
E nada mais é, do que apenas um efeito quantico de aceleração dos ions por interferência optica de emissão estimulada do laser.
E ainda não se trata exatamente como uma bateria quântica.
Mas, sim de uma bateria normal de carregamento optico ou se preferir de carregamento a laser.
Hoje em dia, para se ter uma bateria quantifica de verdade, não prescisa ser dessa forma usando laser.
A bateria quântica em si, não dependeria de reação química e nem estimulada por interferência de lasers.
Mas, tem que ser parecida com a bateria nuclear em miniaturas. E sem contar com uma fonte de radiação interna.
Fazendo assim, de uma forma que não prescisa de, fonte química, estimulada por laser, e nem por radiação.
Mas, garanto que é possível de se fazer apenas observando os fenômenos de supercondutividade dos super irmãs e de termistores sensíveis a qualquer mudança de temperatura.
Quero esclarecer que não sou um espião, e nem um cientista formado e que tem um super laboratório.Mas, sou um auto ditada de múltiplas habilidades da ciência.
É como ser um cientista de bolso, compacto e sem instituição universitária.
Com o passar do tempo, prometo que ainda farei contribuições para ciência.
Portanto, aqui só fiz comentários e algumas pequenas críticas em relação ao tipo de bateria quântica, que não se trata de uma bateria quântica verdadeira.
E aqui expresso, algumas teorias de meus conhecimentos sobre o assunto.