요약:
호주 영연방 과학산업연구기구의 양자과학 연구원인 제임스 콰치(James Quach)가 이끄는 팀이
펨토초(10-15초) 수준으로 충전할 수 있는 양자 배터리 프로토타입을 최초로 제작하고 이로부터 전류를 추출하는 데 성공했다고 합니다.
이 양자전지의 핵심 원리는 '초흡수'라는 양자효과다. 기존 배터리에서는 배터리가 클수록 충전하는 데 시간이 더 오래 걸립니다. 초흡수 효과는 정반대입니다. 더 많은 분자가 관련될수록 시스템이 에너지를 더 빨리 흡수합니다.
시제품 장치는 약 100나노미터 떨어져 있는 두 개의 거울로 구성된 광학 미세공동 구조를 사용하며, 거울 표면 사이에 유기 염료 분자가 채워져 있습니다.
레이저가 미세 공간에 주입된 후 빛이 분자와 강하게 상호 작용하여 혼합된 빛의 물질 상태가 됩니다. 이 상태에서 분자는 더 이상 기존 시스템에서처럼 독립적으로 에너지를 흡수하지 않지만 단일 초흡수 이벤트에서 빛 에너지를 포착하기 위해 집합적으로 반응하여 펨토초 충전을 가능하게 합니다.
Quach 팀은 2022년 한 저널에서 처음으로 초흡수 효과를 입증했으며 해당 논문은 345회 이상 인용되었습니다.
2026년 3월, 팀은 한 단계 더 나아가 양자 배터리 프로토타입에서 전류를 추출하는 데 성공했습니다. 최신 실험은 양자 배터리에서 에너지를 빠르게 흡수하고 추출하는 타당성을 더욱 입증했습니다.
그러나 양자 배터리와 실제 응용 사이에는 여전히 큰 격차가 있습니다.
현재 프로토타입은 수십억 전자볼트 정도의 아주 적은 양의 에너지만 저장할 수 있고, 에너지 유지 시간은 나노초(10-9초)에 불과해 충전 시간보다 약 6자릿수 길어진다.
비교하자면 휴대전화 배터리에 저장된 에너지는 약 수만 줄로 10자리 이상의 차이가 납니다.
제노아 대학교 물리학과 부교수 다리오 페라로(Dario Ferraro)는 인터뷰에서
양자 배터리의 목표는 배터리의 에너지 저장량을 크게 늘리는 것이 아니라 에너지 전달 속도와 정확성을 높이는 것입니다. 양자 배터리의 핵심 매력은 리튬 배터리와 용량 경쟁이 아닌 초고속 충전과 정밀한 에너지 전달이 가능하다는 점이다.
Quach는 팀이 현재의 한계를 극복하기 위해 하이브리드 디자인을 구축했다고 밝혔습니다. 이 디자인은 양자 효과의 속도 이점과 기존 에너지 저장의 내구성을 고려하여 빠른 충전을 위한 양자 구성 요소와 장기 에너지 저장을 위한 고전적인 재료 층을 사용합니다. 관련 논문을 준비 중입니다.
양자전지는 단기적으로 휴대폰이나 노트북, 전기차에 등장하지 않을 것으로 알려졌다. 그러나 빠른 에너지 전달 기능은 양자 컴퓨터의 큐비트에 정확한 에너지 전달을 제공하는 등 양자 하드웨어 및 기타 특수 시스템에서 향후 응용 분야를 찾을 수 있습니다.
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