Depuis les batteries d’accumulateur des autocars électriques jusqu’aux brosses à dents portables, tous les équipements modernes auront besoin d’accéder pour rechargement à des sources d’électivité opérant aussi vite, sinon plus vite que les pompes à essence des autoroutes actuelles.
La technologie lithium-ion des accumulateurs modernes a presque atteint ses limites. Le peu d’autonomie et la rapidité d’usure de ces batteries pourront dans un futur proche devenir très problématiques, au fur et à mesure que la technologie globale évolue et que la demande en énergie s’accroît.
Dans ce domaine comme d’autres, la Physique quantique offre des solutions supérieures à celles de la physique ordinaire.
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Pour pouvoir satisfaire la croissante demande en énergie, de nombreux chercheurs ont misé sur des batteries quantiques. Ceux de l’Université d’Adélaïde ont basé leur théorie sur le principe d’enchevêtrement et d’intrication des molécules. Il s’agit d’un phénomène selon lequel deux objets quantiquement entrelacés partagent leurs propriétés quelle que soit la distance qui les sépare. La possibilité de recharger durablement et ultra-rapidement un appareil en énergie électrique grâce aux batteries quantiques ne serait plus une utopie.
Le concept a pour la première fois été prouvé expérimentalement en Australie et permet un pas de plus vers la conception de ces super-batteries. Des chercheurs de l’Université d’Adélaïde, dirigés par le Dr Quach, ont longuement étudié la théorie et ont compris que, grâce au phénomène de « superabsorption » qu’ils ont pu démontrer, plus une batterie quantique serait grande, plus elle se chargerait vite.
Grâce à ce phénomène, les molécules peuvent ainsi s’activer ensemble et engendrer cet effet de super-absorption. En théorie, plus elles sont ainsi liées et nombreuses, plus leur capacité est grande. Ce qui en fait un paradoxe, car plus la batterie serait grande, plus vite elle se chargerait. Cela constituerait un avantage inestimable dans une application commerciale à grande échelle.
«La superabsorption désigne un effet collectif quantique où les transitions entre les états des molécules interfèrent de manière constructive », explique le Dr Quach dans un communiqué. « L’interférence constructive se produit dans toutes sortes d’ondes (lumière, son, ondes aquatiques . Elle apparaît lorsque différentes ondes s’additionnent pour donner un effet plus important que l’une ou l’autre onde seule. Fondamentalement, cela permet aux molécules combinées d’absorber la lumière plus efficacement que si chaque molécule agissait individuellement ».
Jusqu’ici, la superabsorption n’avait encore jamais été prouvée sur des échelles suffisamment grandes pourenvisager la réalisation d’une batterie quantique proprement dite. Mais les chercheurs australiens ont réussi un exploit grâce à leur dispositif de test.
Dans une expérience, ils ont appliqué une couche active de molécules photoabsorbantes à l’intérieur d’une microcavité entre deux miroirs. Les molécules étaient composées d’un colorant appelé Lumogen-F Orange. Les miroirs, quant à eux, ont été conçus selon une méthode standard de fabrication de miroirs de haute qualité. Dans ce concept, on utilise des matériaux diélectriques (ici du dioxyde de silicium et du pentoxyde de niobium) pour créer un « réflecteur de Bragg distribué ». Grâce à ce principe, les molécules peuvent ainsi s’activer ensemble et engendrer un effet de super-absorption.
En théorie, plus elles sont ainsi liées et nombreuses, plus leur capacité est grande. Ce qui en fait un paradoxe, car plus la batterie est grande, plus vite elle se chargerait. Ce qui est certain, c’est que cela constituerait un avantage de taille dans une application à grande échelle.
« La superabsorption est un effet collectif quantique où les transitions entre les états des molécules interfèrent de manière constructive », explique le Dr Quach dans un communiqué. « L’interférence constructive se produit dans toutes sortes d’ondes (lumière, son, ondes sur l’eau) et se produit lorsque différentes ondes s’additionnent pour donner un effet plus important que l’une ou l’autre onde seule. Fondamentalement, cela permet aux molécules combinées d’absorber la lumière plus efficacement que si chaque molécule agissait individuellement ».
La batterie quantique pourrait servir dans de nombreuses applications et domaines. Prouver la théorie vers sa concrétisation est un pas de plus vers cet objectif. Elle devrait pouvoir un jour alimenter des voitures électriques à recharge ultrarapide (quelques secondes pour une recharge complète) ou encore servir pour le stockage d’énergie à flux fluctuants, par exemple issue de sources renouvelables (éolien, solaire…)
L’équipe a ensuite utilisé la spectroscopie d’absorption transitoire ultrarapide pour mesurer la façon dont les molécules stockaient l’énergie et à quelle vitesse l’ensemble de l’appareil se chargeait. Il a alors été démontré que plus la taille de la microcavité et le nombre de molécules augmentaient, plus le temps de charge diminuait. C’est la superabsorption.
Grâce à ce phénomène, les molécules peuvent ainsi s’activer ensemble et engendrer un effet de super-absorption. En théorie, plus elles sont ainsi liées et nombreuses, plus leur capacité est grande. Ce qui en fait un paradoxe, car plus la batterie est grande, plus vite elle se chargerait. Ce qui est certain, c’est que cela constituerait un avantage certain dans une application commerciale à grande échelle.
Mais le principal défi est cependant de combler le fossé entre un petit appareil de démonstration et l’exploitation des mêmes idées dans des systèmes industriels utilisables. Les prochaines étapes consisteront donc à étudier comment l’expérience pourrait être combinée avec d’autres moyens de stockage et de transfert d’énergie.
Europe Solidaire 