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量子电池颠覆传统物理定律

电源与新能源时间：2026-04-30来源：

阅读要点

量子物理如何为非化学电池开辟可行技术路径
科研团队如何试制出首款量子电池原型
原型机实测取得的关键研究成果

澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）、皇家墨尔本理工大学（RMIT）与墨尔本大学联合组成三人科研团队，成功研发出概念验证级量子电池，可实现充电、储能与释能完整工作循环。

量子电池：储能领域的潜在颠覆性技术？

这套全新技术有望实现超快充电与更大储能容量，是研发实用化非化学电池技术的重要里程碑。团队表示，该原型机是目前最接近可商用实用量子电池的研究进展。

其原理依托成熟量子物理理论，多数特性违背直觉、看似与经典物理相悖，但在现代物理体系中拥有独立理论框架。

尽管具备完整功能的量产量子电池尚未问世，但研究人员认为，此类突破未来或将彻底重塑全球能源存储与利用模式。

（注：几乎所有电池技术 “重大突破” 的报道中，都常见这类乐观前景预判。）

量子电池还有一项独特特性。团队成员、博士生丹尼尔・蒂本恩表示，研究发现了一项意料之外的优势：

“我们研究证实，量子电池体积越大，充电速度反而越快，这与现有所有传统电池的特性完全相反。”

他补充道：“这意味着量子电池未来有潜力全面超越传统储能技术。”

（又是一项基于早期实验室演示给出的乐观技术前景预测。）

量子电池工作原理

传统电池大多依靠化学反应储能放电，而量子电池依托量子叠加态，以及光与电子之间的相互作用实现能量转换。

超广延性（Superextensivity）是其核心特性：物理系统的响应能力随尺寸呈现超线性增长。该效应源于集体量子作用，为下一代量子技术升级提供了全新方向。

研究团队采用微腔量子电池作为实验载体。借助超广延效应，从聚焦光源中捕获光能；同时在谐振微腔内部集成电荷传输层，将光能直接转化为电流。

这一架构首次实现了量子电池完整的充放电循环。

在量子电池中，量子纠缠可以减少充电过程中量子态的跃迁数量，也能激发集体量子效应，增强电池与能源之间的耦合效率。

理论上，量子电池具备奇异物理特性：充电功率增速超过电池容量增速，这就是前述的超广延性。

实验证实：微腔引发的强光 - 物质耦合，能在低强度非相干光照条件下，让稳态放电功率呈现超广延增长特性。

该成果首次在稳态工况下实验验证了超广延光 - 电能量转换，证明利用强光 - 物质耦合，可在弱光环境下大幅提升能量采集效率。

图2为强光 - 物质耦合优化的量子电池结构

(a) 量子电池某一实施例的层状结构示意图，描述各组件的功能与组成。该装置采用超快泵浦 - 探测激光脉冲实现充电与测量。

(b) 量子电池各层的功函数及最高占据分子轨道（HOMO）/ 最低未占据分子轨道（LUMO）能级，构成电荷分离所需的能量梯度。

(c) D5 量子电池（红线）与无顶部银镜的光学对照器件（黑线）在 22° 入射角下的稳态反射光谱。对照器件的光谱特征对应单重态S10与S11的跃迁；而在量子电池中，这些单重态跃迁与光子腔模式发生纠缠，形成极化激元，表现为上极化激元态（UP）、中极化激元态（MP）与下极化激元态（LP）。(d)、(e) 分别为 D5 量子电池及其对应对照器件的反射光谱随入射角的变化关系。

原型机结构与设计原理

团队研发的原型机为小型层状有机器件，可通过激光实现无线充电。

这是全球首台具备完整功能的概念验证量子电池，由澳大利亚 CSIRO 联合墨尔本大学、皇家墨尔本理工大学共同研制。

电池采用多层微腔结构设计，谐振频率精准匹配吸收分子酞菁铜（CuPc）的基态至第一激发单重态跃迁，从而形成强光 - 物质耦合效应。

电荷传输层构建能级梯度，促进电荷分离与定向传输；同时具备电荷阻挡功能，抑制不必要的电荷复合损耗。

在稳态非相干光源照射下，强光 - 物质耦合可使电池放电功率随容量呈超广延增长。

实验演示与测试结果

为验证量子电池的电能输出优势，团队测算并绘制了外量子效率（EQE），即逸出电子数与入射光子数的比值曲线。