Première batterie quantique avec cycle complet de charge et décharge
Une équipe de recherche australienne a présenté un prototype qu'elle qualifie de première batterie quantique à cycle complet : ce composant est capable d'absorber de l'énergie, de la stocker temporairement et de la restituer sous forme de courant électrique.
Les résultats ont été publiés dans la revue spécialisée Light: Science & Applications. Cela rapproche d’un peu plus un concept qui, depuis des années, faisait surtout l’objet de discussions théoriques. Les chercheurs y voient une étape importante pour les futurs systèmes de stockage d’énergie basés sur des effets de la physique quantique.
« Nos résultats confirment un effet quantique fondamental qui est totalement contre-intuitif : plus les batteries quantiques sont grandes, plus elles se chargent rapidement. Les batteries actuelles ne fonctionnent pas ainsi », explique le Dr James Quach, chercheur principal au CSIRO ( Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation), l’organisme national de recherche australien. C’est précisément cet effet d’échelle contre-intuitif qui est considéré comme l’une des principales promesses de la batterie quantique.
Les batteries quantiques diffèrent fondamentalement des batteries classiques. Alors que les batteries actuelles reposent sur des réactions électrochimiques, une batterie quantique est censée exploiter des effets collectifs de la physique quantique pour absorber l’énergie particulièrement rapidement.
La promesse centrale : avec l'augmentation de la taille, le temps de charge ne s'allongerait pas, mais pourrait même, dans l'idéal, se raccourcir. C'est précisément cet effet que les chercheurs qualifient de «superextensif».
De la lumière au lieu de câbles
Le démonstrateur présenté n’a pas été chargé de manière classique par voie électrique, mais sans fil, par lumière laser. L’équipe de recherche a utilisé pour cela une structure de résonateur micro-optique dans laquelle la lumière et la matière sont fortement couplées. Selon l’étude, cette architecture permet au système d’absorber l’énergie lumineuse de manière particulièrement efficace, puis de la convertir en courant électrique.
Selon les chercheurs, le processus de charge s'est déroulé en quelques femtosecondes. L'énergie stockée a ensuite été conservée pendant quelques nanosecondes avant d'être à nouveau déchargée.
Pour une utilisation pratique au quotidien, on est encore loin d'un système de stockage d'énergie commercialisable, mais d'un point de vue scientifique, cette avancée est significative : des expériences antérieures avaient certes démontré une charge ultra-rapide, mais pas encore un cycle complet de charge et de décharge.
Plus qu'une expérience de laboratoire
Ce qui importe, ce n'est pas tant la quantité d'énergie pouvant être atteinte aujourd'hui que la validation expérimentale du principe. Selon l'étude, le système montre pour la première fois qu'une batterie quantique peut non seulement absorber collectivement de l'énergie lumineuse, mais aussi la restituer sous forme de puissance électrique. De plus, les chercheurs ont observé une augmentation disproportionnée de la puissance de décharge électrique par rapport à la taille du système.
Cela présente un intérêt particulier dans deux domaines : d'une part, la recherche fondamentale sur les systèmes énergétiques basés sur la technologie quantique, et d'autre part, les applications futures où des processus de charge rapides, de faibles quantités d'énergie et des environnements hautement spécialisés pourraient jouer un rôle.
Les observateurs citent principalement les systèmes quantiques et les ordinateurs quantiques comme premiers domaines d'application potentiels, mais pas, à court terme, les véhicules électriques ou l'électronique grand public.
Pas encore de batterie pour les voitures électriques
Malgré les gros titres, la prudence est de mise. Selon les chercheurs, la capacité du prototype actuel n'est que de quelques milliards d'électronvolts (eV) et est donc bien trop faible pour alimenter aujourd'hui un appareil utile au quotidien. La durée de stockage est également encore extrêmement courte, de l'ordre de quelques nanosecondes. La prochaine grande étape de développement consiste donc à conserver l'énergie stockée nettement plus longtemps dans le système.
Le fait que certains rapports évoquent déjà des scénarios tels que la recharge de drones en vol ou de véhicules pendant la conduite doit donc être considéré pour l'instant davantage comme une vision à long terme que comme une perspective de produit prévisible. Même les experts externes, qui évaluent positivement ces travaux, ne s'attendent pas à un transfert rapide vers la mobilité électrique.
Pertinence pour l'IoT sans fil et la récupération d'énergie
Pour la communauté Think WIoT, le sujet n'en reste pas moins passionnant. Les batteries quantiques touchent à deux domaines essentiels pour le monde sans fil: premièrement, les nouvelles formes de transfert d'énergie sans contact; deuxièmement, la question de savoir comment alimenter plus efficacement en énergie les petits systèmes connectés à l'avenir.
Dans les scénarios IoT comportant de nombreux appareils, capteurs ou systèmes périphériques spécialisés, toute technologie permettant de réduire les temps de charge ou de mieux convertir la faible luminosité en énergie utilisable est particulièrement pertinente. Les travaux publiés font également explicitement référence à des impulsions possibles pour les systèmes photovoltaïques et la récupération d'énergie en basse lumière.
Conclusion
La batterie quantique présentée aujourd’hui ne remplace pas les batteries lithium-ion ni les batteries à semi-conducteurs à couche mince, et ne constitue pas une révolution à court terme pour les appareils mobiles. Mais elle représente une avancée scientifique sérieuse.
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Pour la première fois, un prototype a été présenté qui reproduit un cycle complet de charge, de stockage et de décharge, tout en exploitant les effets quantiques collectifs pour la production d'énergie électrique. Il s'agit d'une étape importante pour la recherche sur les nouveaux systèmes de stockage d'énergie, les systèmes à charge photonique et les futures technologies quantiques.
Sources : Light: Science & Applications, CSIRO, The Guardian, n-tv.