Batterie quantistiche: come funzionano e quali sono i limiti?
Un team di ricerca coordinato da Marco Polini dell’Università di Pisa ha sviluppato le cosiddette batterie quantistiche, che promettono di superare i limiti delle batterie tradizionali sfruttando i principi della fisica quantistica. Queste batterie possono immagazzinare grandi quantità di energia in modo efficiente e veloce.
L’idea delle batterie quantistiche è emersa nel 2018, con uno studio pubblicato sulla rivista Physical Review Letters, e successivamente ha portato alla creazione della startup Planckian. La startup ha ottenuto un finanziamento di 2,7 milioni di euro annunciato durante il convegno Converging Skills dell’Università di Pisa.
Le leggi della fisica quantistica, che governano le particelle subatomiche, sono molto diverse da quelle del mondo classico e possono avere applicazioni tecnologiche rivoluzionarie. Oltre alla crittografia e ai computer quantistici, si aggiungono ora le batterie quantistiche.
La startup Planckian si propone di sviluppare dispositivi in grado di accumulare energia in modo altamente efficiente e veloce, superando le limitazioni delle batterie tradizionali. Questo progetto rappresenta il primo e unico tentativo di utilizzare le conoscenze della fisica quantistica per sviluppare tecnologie di gestione dell’energia.
Il finanziamento di 2,7 milioni di euro è stato ottenuto attraverso un round di investimento guidato da “Eureka! Fund I – Technology Transfer” e ha coinvolto anche Tech4Planet ed Exor Ventures, oltre a importanti business angels.
Il successo di Planckian e il finanziamento ottenuto sono considerati un segnale positivo per l’Università di Pisa, che sta investendo risorse e competenze per promuovere lo sviluppo di spin-off di alta qualità che abbiano un impatto significativo sul territorio e sul sistema Paese, secondo quanto dichiarato da Corrado Priami, Delegato per la valorizzazione della ricerca e le nuove iniziative imprenditoriali dell’Università di Pisa.
Come funzionano le batterie quantistiche?
Sfruttando una bizzarra proprietà della meccanica quantistica chiamata entanglement, le batterie quantistiche potrebbero teoricamente ricaricarsi in un lampo. Ora, si stanno facendo progressi per renderli una realtà.
Le caratteristiche delle batterie quantistiche si possono riassumere nei seguenti punti:
- le batterie quantistiche hanno il potenziale per accelerare i tempi di ricarica e persino raccogliere energia dalla luce.
- A differenza delle batterie elettrochimiche che immagazzinano ioni ed elettroni, una batteria quantistica immagazzina l’energia dai fotoni.
- Le batterie quantistiche si caricano più velocemente all’aumentare delle loro dimensioni grazie a effetti quantistici come l’entanglement e il superassorbimento.
- Non saranno in grado di alimentare veicoli elettrici, ma potrebbero migliorare l’efficienza delle celle solari ed essere utilizzate per piccoli dispositivi elettronici.
- In definitiva, la sfida è evolvere queste batterie, in quanto questi dispositivi potrebbero fungere da vere e proprie piccole fonti di energia off-grid.
Una batteria è un dispositivo che immagazzina energia: una batteria quantistica non fa eccezione. In teoria, è un sistema quantomeccanico che immagazzina l’energia dei fotoni piuttosto che degli elettroni e degli ioni, come nel caso delle batterie elettrochimiche convenzionali. A differenza delle normali batterie, le batterie quantistiche si caricano più velocemente all’aumentare delle loro dimensioni grazie a effetti quantistici come l’entanglement e il superassorbimento – una proprietà che potrebbe rivelarsi utile per rendere più efficienti i dispositivi di raccolta della luce, come le celle solari.
Diversi gruppi di ricerca in tutto il mondo stanno lavorando al concetto di batteria quantistica, proposto formalmente per la prima volta solo 10 anni fa da Robert Alicki dell’Università di Danzica in Polonia e Mark Fannes della KU Leuven in Belgio. Questi dispositivi sfruttano le particelle quantistiche che, a differenza delle particelle classiche che hanno proprietà definite, possono trovarsi contemporaneamente in una sovrapposizione di più stati. Le particelle quantistiche possono anche influenzare altre particelle isolate, con lo stato di una che influenza istantaneamente lo stato delle altre, indipendentemente dalla distanza tra loro. Questo fenomeno, noto come entanglement, consente a una batteria quantistica di ricaricarsi più rapidamente, in quanto maggiore è il numero di particelle entangled.
Limiti delle batterie quantistiche attuali
Come qualsiasi altro sistema quantistico, la batteria dovrà essere isolata dal suo ambiente prima di poter essere maggiorata. Ciò è dovuto a un fenomeno chiamato decoerenza, che è la transizione in cui un sistema quantistico inizia a comportarsi come un sistema classico. Nel breve-medio termine, quindi, è improbabile che le batterie quantistiche siano in grado di alimentare oggetti di grandi dimensioni come i veicoli elettrici. “Tuttavia, potrebbero essere sfruttati per migliorare l’efficienza delle celle solari migliorando la cattura dell’energia a bassa luminosità nei materiali fotovoltaici”, spiega James Quach. In questo contesto, una piccola quantità di decoerenza può effettivamente essere vantaggiosa per l’immagazzinamento della carica, in quanto impedirebbe effetti quantistici che scaricano rapidamente la batteria.
“Tuttavia, abbiamo ancora molto lavoro da fare prima di poter sfruttare in modo affidabile il superassorbimento al di fuori del laboratorio”, ammette. “Ad esempio, le attuali celle solari e le fotocamere possono immagazzinare energia da un’ampia gamma di lunghezze d’onda, mentre la nostra batteria quantistica può assorbire la luce solo a una lunghezza d’onda specifica. Tuttavia, siamo fiduciosi di poter scalare il sistema e produrre dispositivi che possono essere facilmente integrati nelle tecnologie esistenti”.
(Fonte: Quantum batteries: rethinking energy storage is possible; Ansa)
