CSIRO เปิดตัว ‘แบตเตอรี่ควอนตัม’ หน่วยเก็บประจุทำงานร่วมกัน ยิ่งแบตเตอรี่มีขนาดใหญ่ ยิ่งใช้เวลาชาร์จน้อยลง

หากอนาคตของพลังงานถูกออกแบบใหม่ด้วยกฎฟิสิกส์ที่ขัดกับสามัญสำนึก คุณพร้อมรับมือแค่ไหน? ทีมนักวิทยาศาสตร์จาก CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) หน่วยงานวิทยาศาสตร์แห่งชาติของออสเตรเลีย ร่วมกับ RMIT University และ University of Melbourne เพิ่งประกาศความสำเร็จครั้งประวัติศาสตร์ นั่นคือการสร้าง ต้นแบบแบตเตอรี่ควอนตัมชิ้นแรกของโลก ที่สามารถชาร์จ เก็บ และปล่อยพลังงานได้ครบวงจร

งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Light: Science & Applications เมื่อเดือนมีนาคม 2026 นำโดย Dr. James Quach ผู้นำด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีควอนตัมของ CSIRO และถือเป็นก้าวสำคัญที่นำแนวคิดซึ่งเคยอยู่แค่ในทฤษฎีมาใกล้โลกความเป็นจริงมากที่สุดเท่าที่เคยมีมา

แบตเตอรี่ควอนตัมคืออะไร และทำไมถึงต่างจากแบตเตอรี่ทั่วไป

แบตเตอรี่ที่เราใช้อยู่ทุกวันนี้ ไม่ว่าจะในโทรศัพท์ รถยนต์ไฟฟ้า หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ล้วนทำงานบนพื้นฐานของ ปฏิกิริยาเคมี ซึ่งมีข้อจำกัดชัดเจนคือยิ่งแบตเตอรี่ใหญ่ก็ยิ่งต้องการเวลาชาร์จนานขึ้น นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมรถยนต์ไฟฟ้าถึงต้องชาร์จทั้งคืน ทั้งที่โทรศัพท์ใช้เวลาเพียงชั่วโมง

แบตเตอรี่ควอนตัมทำงานแตกต่างออกไปโดยสิ้นเชิง โดยอาศัย คุณสมบัติพิเศษของกลศาสตร์ควอนตัม อย่าง Superposition (การซ้อนทับของสถานะ) และ Entanglement (ความพัวพันควอนตัม) แทนปฏิกิริยาเคมี คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "Collective Effects" หรือ ผลกระทบเชิงกลุ่ม ซึ่งเป็นแก่นกลางของนวัตกรรมนี้

ปรากฏการณ์ที่ขัดกับสามัญสำนึก: ยิ่งใหญ่ ยิ่งชาร์จเร็ว

ในโลกของแบตเตอรี่ควอนตัม หน่วยย่อยแต่ละตัวไม่ได้ชาร์จแยกกันอย่างอิสระ แต่ ทำงานร่วมกันเป็นกลุ่ม ราวกับว่าแต่ละหน่วยรับรู้ถึงการมีอยู่ของหน่วยอื่น และใช้ประโยชน์จากมัน

หากแบตเตอรี่มี N หน่วยเก็บพลังงาน และแต่ละหน่วยปกติต้องใช้เวลา 1 วินาทีในการชาร์จ เมื่อเกิด collective effects เวลาชาร์จจะลดลงเหลือเพียง 1/ รูท N วินาที นั่นหมายความว่า

• แบตเตอรี่ที่ ใหญ่ขึ้น 2 เท่า → ใช้เวลาชาร์จ ลดลงกว่าครึ่ง
• แบตเตอรี่ที่ ใหญ่ขึ้น 100 เท่า → ใช้เวลาชาร์จ ลดลงเหลือ 1 ใน 10
• ยิ่งขยายสเกล ยิ่งได้เปรียบในด้านความเร็ว

นักวิจัยประเมินว่าหากนำไปใช้กับรถยนต์ไฟฟ้า เทคโนโลยีนี้อาจเพิ่มความเร็วชาร์จได้ถึง 200 เท่า ซึ่งหมายถึงลดเวลาชาร์จจาก 10 ชั่วโมงเหลือประมาณ 3 นาที หรือที่สถานีชาร์จเร็ว ลดจาก 30 นาทีเหลือ 9 วินาที

เส้นทางจากทฤษฎีสู่ต้นแบบที่จับต้องได้

แนวคิดของแบตเตอรี่ควอนตัมไม่ใช่เรื่องใหม่ในแวดวงวิชาการ แต่เป็นเพียงทฤษฎีที่ยังไม่มีใครพิสูจน์ได้จริงมานานกว่าทศวรรษ Dr. Quach เริ่มลงมือพิสูจน์อย่างจริงจังตั้งแต่ปี 2018

จุดเปลี่ยนแรกเกิดขึ้นในปี 2022 เมื่อทีมสามารถสร้างต้นแบบจาก Organic Microcavity ซึ่งเป็นโครงสร้างหลายชั้นขนาดจิ๋วที่ออกแบบมาเพื่อดักจับแสงในรูปแบบเฉพาะ และพิสูจน์ได้เป็นครั้งแรกว่าการเพิ่มจำนวนโมเลกุลในแบตเตอรี่ทำให้ชาร์จเร็วขึ้นจริง ตรงตามสูตร 1/ รูท N  อย่างไรก็ตาม ต้นแบบในปี 2022 ยังมีจุดอ่อนสำคัญ คือ ไม่มีระบบดึงพลังงานออกมาใช้ได้

ในผลงานล่าสุดปี 2026 ทีมได้เพิ่มชั้นพิเศษที่ แปลงพลังงานออกมาเป็นกระแสไฟฟ้า ได้สำเร็จ ทำให้แบตเตอรี่ควอนตัมสามารถชาร์จ เก็บ และปล่อยพลังงานได้ครบวงจรเป็นครั้งแรก อุปกรณ์นี้ชาร์จด้วยเลเซอร์แบบไร้สาย และทีมใช้เทคนิค Spectroscopy ขั้นสูงในการยืนยันพฤติกรรมการชาร์จ

ตัวเลขที่น่าทึ่งและข้อจำกัดในปัจจุบัน

ข้อมูลที่น่าสนใจจากผลการทดสอบ: ต้นแบบชาร์จพลังงานได้ภายในระดับ เฟมโตวินาที (Femtoseconds หรือหนึ่งในล้านล้านของวินาที) และสามารถเก็บพลังงานได้นานกว่าเวลาชาร์จถึง 6 ลำดับขนาด (Six orders of magnitude) ซึ่งหมายความว่าเก็บได้นานกว่าล้านเท่าของเวลาที่ใช้ชาร์จ

อย่างไรก็ตาม ความท้าทายที่ยังต้องเอาชนะมีอยู่หลายข้อ:

• ความจุยังต่ำมาก อยู่ที่ระดับพันล้านอิเล็กตรอนโวลต์ ซึ่งยังเล็กเกินไปสำหรับอุปกรณ์ทั่วไป
• เวลาเก็บพลังงานยังสั้น อยู่ในระดับนาโนวินาที แม้จะดีกว่าเวลาชาร์จอย่างมหาศาล
• ยังไม่พร้อมใช้งานเชิงพาณิชย์ ต้องการงานวิจัยเพิ่มเติมอีกมากในการขยายสเกล

ทีมวิจัยกำลังพัฒนา ดีไซน์แบบ Hybrid ที่ผสานความเร็วในการชาร์จของแบตเตอรี่ควอนตัมเข้ากับระยะเวลาเก็บพลังงานที่ยาวนานกว่าของแบตเตอรี่คลาสสิก เพื่อนำสองข้อดีมารวมกัน

วิสัยทัศน์ระยะยาวและผลกระทบต่ออุตสาหกรรม

Dr. Quach ระบุวิสัยทัศน์ของเขาไว้อย่างชัดเจนว่า "เป้าหมายสูงสุดของผมคืออนาคตที่เราสามารถชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าได้เร็วกว่าการเติมน้ำมัน หรือชาร์จอุปกรณ์จากระยะไกลแบบไร้สาย"

ในระยะกลาง แบตเตอรี่ควอนตัมมีศักยภาพสูงสำหรับ คอมพิวเตอร์ควอนตัม ซึ่งต้องการระบบพลังงานที่รองรับการทำงานในสภาพแวดล้อมควอนตัมโดยเฉพาะ ความต้องการพลังงานที่รวดเร็วและแม่นยำของคอมพิวเตอร์ควอนตัมอาจเป็น Use case แรกที่เทคโนโลยีนี้จะถูกนำไปใช้งานจริงก่อนใคร

Dr. Quach เปรียบความก้าวหน้านี้กับการบินครั้งแรกของพี่น้องตระกูล Wright ที่อยู่ในอากาศได้เพียงไม่กี่วินาที ก่อนที่มนุษย์จะสามารถบินข้ามมหาสมุทรได้ในเวลาต่อมา  ก้าวแรกอาจดูเล็กน้อย แต่นั่นคือก้าวที่เปลี่ยนโลก

ที่มา: CSRIO,  The Conversation