หมายเหตุบรรณาธิการ: ทุกวันพุธ Livescience ตรวจสอบความมีชีวิตของเทคโนโลยีพลังงานที่เกิดขึ้นใหม่ - พลังแห่งอนาคต
พฤติกรรมแปลก ๆ ของฟิสิกส์ควอนตัมอาจดูเหมือนไม่อาจคาดเดาได้เกินกว่าที่จะพึ่งพาความต้องการพลังงานของเรา แต่เทคโนโลยีใหม่หวังที่จะใช้ประโยชน์จากความแปลกประหลาดมาก
เทคนิคที่คุ้นเคยที่สุดของควอนตัมเหล่านี้คือความจริงที่ว่าแสงทำหน้าที่ทั้งคู่ชอบคลื่นและอนุภาค-
ธรรมชาติคู่นี้ใช้ในเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ แสงแดดที่เข้ามานั้นมีความเข้มข้นด้วยกระจกและเลนส์ที่ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของแสงเหมือนคลื่น เมื่ออยู่ในเซลล์แสงอาทิตย์อย่างไรก็ตามแสงที่โฟกัสนี้ชนกับอิเล็กตรอนในลักษณะคล้ายอนุภาคซึ่งทำให้อิเล็กตรอนสร้างกระแสไฟฟ้า
จุดควอนตัม
เซลล์แสงอาทิตย์รุ่นต่อไปอาจใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ขนาดเล็กที่เรียกว่าจุดควอนตัม- อุปกรณ์ขนาดนาโนเมตรเหล่านี้มีขนาดเล็กมากจนมีเพียงไม่กี่ตัว (จาก 1 ถึง 1,000) อิเล็กตรอนอิสระเท่านั้นที่สามารถอยู่ภายในได้
เนื่องจากไตรมาสที่คับแคบเหล่านี้ควอนตัมดอทจะทำงานเหมือนอะตอมประดิษฐ์ที่อิเล็กตรอนสามารถอยู่ได้ในระดับพลังงานที่เฉพาะเจาะจง (ที่เรียกว่าเชิงปริมาณ) เท่านั้น ระดับเหล่านี้กำหนดความยาวคลื่นของแสงที่จุดจะดูดซับอย่างไร
“ จุดควอนตัมมีคุณสมบัติที่ผิดปกติเมื่อเทียบกับเซมิคอนดักเตอร์จำนวนมาก” อาเธอร์โนซิคจากห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกากล่าว เขาและเพื่อนร่วมงานของเขากำลังดูว่าอนุภาคแสงเดียว (หรือโฟตอน) สามารถเข้าสู่จุดและกระตุ้นอิเล็กตรอนหลายตัวได้อย่างไร
นักวิจัยคนอื่น ๆ กำลังมองหาการปรับความยาวคลื่นที่จุดดูดซับแสงโดยทำให้มันใหญ่ขึ้นหรือเล็กลง วันหนึ่งผู้ผลิตเซลล์แสงอาทิตย์อาจจะสามารถผสมผสานจุดต่าง ๆ เข้าด้วยกันเพื่อดูดซับแสงแดดตามความยาวคลื่นที่หลากหลาย
สายควอนตัม
ลวดควอนตัมเป็นเหมือนจุดควอนตัมที่ยืดออกไปตามทิศทางเดียว ในบางกรณีท่อร้อยสายแคบ - 10,000 ครั้งที่บางกว่าเส้นผมของมนุษย์ - สามารถใช้ไฟฟ้าได้ดีมากเนื่องจากอิเล็กตรอนมักจะเคลื่อนที่ในแฟชั่นที่เป็นระเบียบมากขึ้น
วิธีหนึ่งในการทำสายควอนตัมคือท่อนาโนคาร์บอนซึ่งเป็นแผ่นคาร์บอนขนาดเล็กม้วนขึ้นรูปหกเหลี่ยม ค้นพบในปี 1991 ท่อนาโนเหล่านี้เริ่มปรากฏในแอพพลิเคชั่นทุกประเภทรวมถึงการจัดเก็บพลังงานที่ดีขึ้น
ดังที่กลุ่ม MIT แสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะสร้างตัวเก็บประจุซุปจากท่อนาโนคาร์บอน นักวิจัยเติบโตท่อนาโนใกล้เคียงกัน - ในสิ่งที่น่าจะเป็นพรมขนปุยที่น้อยที่สุดในโลก - เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวภายในตัวเก็บประจุ
"ultracapacitor" ที่เกิดขึ้นสามารถเก็บได้มากถึง 50 เปอร์เซ็นต์ของไฟฟ้าที่แบตเตอรี่ขนาดเดียวกันสามารถทำได้นักวิทยาศาสตร์อ้าง สิ่งนี้อาจเหมาะกับรถยนต์ไฟฟ้าเนื่องจากตัวเก็บประจุมีความทนทานมากกว่าและสามารถชาร์จและปล่อยเร็วกว่าแบตเตอรี่
ตัวนำยิ่งยวด
แม้ว่าสายควอนตัมจะเป็นตัวนำที่ดี แต่สารควอนตัมอื่นดีที่สุด
ตัวนำยิ่งยวดเป็นวัสดุที่อิเล็กตรอนจับคู่เพื่อพกพากระแส การจับคู่นี้ผิดปกติเพราะอิเล็กตรอนมักจะขับไล่ซึ่งกันและกัน แต่ฟิสิกส์ควอนตัมจะเอาชนะสิ่งนี้และในการทำเช่นนั้นจะลดความต้านทานไฟฟ้าในตัวนำยิ่งยวดเป็นศูนย์หรือใกล้เคียงกับศูนย์มาก
ความต้านทานคือสิ่งที่ทำให้ลวดร้อนเมื่อมีกระแสไฟฟ้า บริษัท พลังงานมักจะสูญเสียพลังงานประมาณ 7 เปอร์เซ็นต์ต่อความร้อนที่เกิดจากความต้านทานในสายส่ง
สายตัวนำยิ่งยวดสามารถช่วยลดของเสียนี้ได้ ปัญหาคือตัวนำยิ่งยวดทำงานได้เท่านั้นอุณหภูมิที่เย็นมาก-
ตัวอย่างเช่นระบบสายเคเบิลตัวนำยิ่งยวดที่ยาวที่สุดสำหรับการส่งพลังงาน-ติดตั้งเมื่อต้นปีที่ผ่านมาตามแนวยาวครึ่งไมล์ของ Long Island Power Grid โดย American Superconductor Corporation และพันธมิตร-จะต้องล้อมรอบด้วยไนโตรเจนเหลวเพื่อเก็บไว้ที่ Minus 330 องศาฟาเรนไฮต์
American SuperConductor ยังทำงานเกี่ยวกับการใช้สาย superconducting กับกังหันลมนอกชายฝั่งเพื่อที่จะทำให้พวกมันเล็กลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น
ไดโอดเปล่งแสง
วิธีหนึ่งที่ดีในการใช้ไฟฟ้าที่ได้จากควอนตัมทั้งหมดนี้คือการเปิดไดโอดเปล่งแสงหรือ LED ซึ่งทำงานเหมือนเซลล์แสงอาทิตย์ แต่กลับด้าน
กระแสไฟฟ้าที่ผ่านไดโอดทำให้อิเล็กตรอนกระโดดข้ามสิ่งกีดขวางระหว่างวัสดุเซมิคอนดักเตอร์สองชนิด อิเล็กตรอนกระโดดจะตกอยู่ในสถานะพลังงานที่ต่ำกว่าเปล่งโฟตอน
เนื่องจากความยาวคลื่นของแสงที่ปล่อยออกมานี้อยู่ในแถบที่แคบมากจึงไม่มีพลังงานที่สูญเปล่าจำนวนมากที่ปล่อยออกมาในอินฟราเรดเช่นเดียวกับหลอดไฟหลอดไส้ปกติ ประสิทธิภาพของ LED นั้นดีกว่าของฟลูออเรสเซนต์ขนาดกะทัดรัด
ตอนนี้ LED กำลังถูกสร้างเป็นไฟเต็มแสงที่สามารถแทนที่หลอดไฟปกติ ค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมของพวกเขาสามารถชดเชยด้วยค่าไฟฟ้าที่ต่ำกว่า
ในธุรกิจประหยัดพลังงานทุกควอนตัมบิตสามารถช่วยได้
- ลืมลูกบอลคริสตัล: ให้พลังแห่งคณิตศาสตร์แจ้งอนาคตของคุณ
- นวัตกรรม: แนวคิดและเทคโนโลยีในอนาคต
