양자 배터리는 언젠가 역설처럼 보이는 것을 통해 에너지 저장에 혁명을 일으킬 수 있다. 배터리가 클수록 더 빨리 충전된다. 처음으로 과학자 팀은 개념 증명 장치에서 양자 배터리를 뒷받침하는 초흡수의 양자 역학적 원리를 시연했다.

양자물리학의 기이한 세계는 우리에게는 불가능해 보이는 현상으로 가득하다. 예를 들어, 분자는 너무 얽혀 집합적으로 작용하기 시작하고, 이는 다양한 양자 효과로 이어질 수 있다. 여기에는 빛을 흡수하는 분자의 능력을 향상시키는 초흡수가 포함된다.

연구의 교신저자인 James Quach는 New Atlas와의 인터뷰에서 “초흡수는 분자 상태 간의 전이가 건설적으로 간섭하는 양자 집단 효과이다. 보강 간섭은 모든 종류의 파동(빛, 소리, 물 위의 파동)에서 발생하며 서로 다른 파동이 합쳐져 어느 하나의 파동 자체보다 더 큰 효과를 줄 때 발생한다. 결정적으로 이것은 결합된 분자가 각 분자가 개별적으로 작용할 때보다 더 효율적으로 빛을 흡수할 수 있도록 한다.”고 말한다.

양자 배터리에서 이 현상은 매우 분명한 이점이 있다. 에너지 저장 분자가 많을수록 에너지를 더 효율적으로 흡수할 수 있다. 즉, 배터리가 클수록 더 빨리 충전된다.

적어도 이론상으로는 그래야 한다. 초흡수는 양자 배터리를 구축할 수 있을 만큼 충분히 큰 규모로 아직 입증되지 않았지만 새로운 연구는 이제 그 정도를 관리했다. 테스트 장치를 만들기 위해 연구원들은 두 거울 사이의 미세 공간에 Lumogen-F Orange로 알려진 염료인 광흡수 분자의 활성층을 배치했다.

"이 미세 공간의 거울은 고품질 거울을 만들기 위한 표준방법을 사용하여 만들어졌다."라고 Quach는 설명했다. “이것은 '분산 브래그 반사기'로 알려진 것을 만들기 위해 이산화규소와 오산화니오븀과 같은 유전체 재료의 교대 층을 사용하는 것이다. 이것은 일반적인 금속/유리 거울보다 훨씬 더 많은 빛을 반사하는 거울을 생성한다. 빛이 가능한 한 오랫동안 캐비티 내부에 머물기를 원하기 때문에 이것은 중요하다.”

그런 다음 팀은 초고속 과도 흡수 분광법을 사용하여 염료 분자가 에너지를 저장하는 방법과 전체 장치가 충전되는 속도를 측정했다. 그리고 확실히 미세공동의 크기와 분자 수가 증가함에 따라 충전 시간이 감소하여 작동 시 과흡수를 보여준다.

궁극적으로 이 돌파구는 실용적인 양자 배터리를 위한 길을 열 수 있으며, 급속 충전 전기 자동차 또는 재생 가능한 에너지의 폭발적인 에너지를 처리할 수 있는 에너지 저장 시스템을 만들 수 있다. 그러나 물론 이 연구는 아직 초기 단계이다.

Quach는 "여기서 아이디어는 이러한 장치에서 향상된 빛 흡수가 가능하다는 원리 증명이다. 핵심 과제는 여기에서 작은 장치에 대한 원리 증명과 더 큰 사용 가능한 장치에서 동일한 아이디어를 활용하는 것 사이의 격차를 해소하는 것이다. 다음 단계는 이것이 에너지를 저장하고 전달하는 다른 방법과 결합하여 실질적으로 유용할 수 있는 장치를 제공하는 방법을 탐구하는 것이다.”고 한다. 이 연구는 Science Advances저널에 발표되었다.  출처: 애들레이드대학교