1秒內瞬間充飽手機,超級量子電池將問世
1秒內瞬間充飽手機,超級量子電池將問世

不論是手機、筆電、平板與相機,在功能競賽中,「續航力」肯定是各家廠牌爭相塗上螢光筆的重點,充一次電能使用越久越好,充電的時間,則是越短越好。

澳洲阿德萊德大學(University of Adelaide)研究人員正在研發全球第一款「量子電池(quantum battery)」,號稱只需不到一秒的時間就能完成充電,甚至大型的電池,還能成為新能源儲存的新解決方案,隨著量子物理學的進展,將會顛覆整個產越以及民眾生活的想像。

不到一秒就能完成充電

雖然近年電池的技術日益革新,核心技術仍是基於18世紀與19世紀發展至今的電化學原理,隨著量子理論研究逐步精進,電池的樣貌將迎來截然不同的想像。

澳洲阿德萊德大學(University of Adelaide)的量子物理學專家詹姆斯奎克(James Quach)博士,目前正在將量子電池從理論轉化為實際產品,第一階段的目標,是要做出適合小型電子裝置的量子電池,取代手錶、手機、iPad、電腦內的傳統電池,終極目標是要打造出大型的量子電池,作為新的能源替代方案。

James Quach
量子物理學專家 James Quach博士,目前正在將量子電池從理論轉化為實際產品。
圖/ James Quach via Twiter

目前傳統的充電方式,至少需要半小時至一小時以上才能完成,量子電腦將能完全顛覆人們對於「充電」這件事情的想像。奎克博士表示,當擁有的量子電池數量越多,充電的效率就可以提高,例如一個量子電池需要1小時充飽、兩個時間就能縮短到半小時、3個20分鐘充飽,以此類推,因此若結合1,000個量子電池,只需要不到1秒鐘就能完成充電。

理論走向現實,量子糾纏是關鍵

第一次出現量子電池的概念是在2013年,不過一直都處於純理論階段,雖著研究成果的推進,許多物理學家都認為,量子電池是現階段最可能從理論上獲得實際成果的量子項目之一,全球第一個量子電池,預計最快在6個月內就會有初步成果。

而量子電池之所以充電速度這麼快,關鍵就在於「量子糾纏(quantum entanglement)」理論,指的是當幾個粒子在彼此交互作用後,由於各個粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質,無法單獨描述各個粒子的性質,「當兩個物件糾纏在一起,這意味著他們的個人特性被共享,某種程度上,會失去自己的獨特性,也因此可以加速電池的充電過程。」

quantum
量子電池是現階段最可能從理論上獲得實際成果的量子項目之一,全球第一個量子電池,預計最快在6個月內就會有初步成果。
圖/ shutterstock

不過還有許多困難必須克服,奎克博士表示:「糾纏是非常脆弱的,需要極特殊的環境,像是超低溫度、獨立的系統,一但環境條件改變,糾纏現象就會消失。」除了可以讓一般消費性電子產品充電速度加快,奎克博士認為,量子電池將能驅動再生能源,能在不受天候影響下,不間斷的持續製造出新的能源,大型的量子電池還能成為未來解決新能源儲存問題的終極方案,奎克博士最後也在研究報告中寫到:「我對於量子電池的理論非常興奮。」

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2025年總統科學獎〉沒有前人就自己開路!「高熵合金之父」葉均蔚院士,引領全球材料新革命
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想像一下,人類數千年來對物質世界的理解,突然被一個大膽構想徹底顛覆,會是什麼樣子?

當傳統材料學界仍謹守1~2種主元素為基底的定律時,2025年總統科學獎得主,國立清華大學材料科學工程學系特聘研究講座教授、中央研究院院士葉均蔚院士,卻逆向思考,開創能讓數十種元素混合的「高熵合金」領域,不僅為元素週期表注入嶄新生命力,更點燃全球半導體、智慧機械、綠能科技、國防與生醫等領域的無限創新火花。

「潛水」8年,釀出材料革命

葉院士透露,自古以來,要想構成「合金」,都由單一或少量元素構成,但1995年,他在驅車前往臺北的路上,腦中靈光乍現,迸發出讓多種元素混合成合金的想法。

有意思的是,葉院士很清楚,「高熵合金」這項突破性構想,將會徹底顛覆材料學的根基。因此,為了鞏固臺灣的領導地位,1995至2003年間,他刻意沉潛、默默研究,不發表任何相關論文,「這是我的經營管理策略!」他認真道。

葉院士於頒獎典禮發表研究之路的心聲點滴。
葉院士於頒獎典禮發表研究之路的心聲點滴。
圖/ 數位時代

因此儘管8年寒窗苦讀無人知,甚至曾有計畫審查委員直言,若讓高熵合金的計畫通過,會鬧出「國際笑話」,葉院士仍憑藉著對高熵效應的堅定信念,逐步累積實驗數據與理論心得,最終於2004年,一口氣發表5篇高熵材料論文,為高熵合金新材料命名、定義和建立理論基礎,之後平均每年發表10篇研究,並陸續提出高熵效應、晶格扭曲效應、緩慢擴散效應、雞尾酒效應等核心效應,對材料科學理論做出重大貢獻。

這股「論文風暴」,不僅讓《Nature》在2016年發布專題報導,確立了高熵合金領域的價值,以及確認臺灣做為發源地的地位,還成功引發全球專家學者的重視與跟進,也讓葉院士成為「高熵合金之父」。

在為臺灣奠定高熵合金領導地位之餘,葉院士還期望將這股力量向下傳承,因此在清華大學成立全球首個高熵材料研發中心,由他擔任主任。中心匯集了來自全臺各大學逾60位跨校、跨領域的頂尖教授,組成材料界的「夢幻隊」,一同探討高熵學理,開發高功能材料,每年還開設相關課程,培育近百名具備傳統與高熵「全材料」研發能力的專業人才,為學界、業界提供源源不絕的活水。

更重要的是,葉院士很早就知道,學術研究的價值不應只停留在論文發表。事實上,他在從事教職之初,便開始擔任業界顧問,深入現場解決問題,這反過來讓他的研究,更加貼近現場。

2021年,他透過清大授權高熵材料科技的3千萬元授權金,如今,在資本市場已增值8倍,達到2.4億元;他也擁有逾50項專利,其中,超過22項為高熵材料發明專利授權,「學者不能只在『象牙塔』中做研究,要積極與產業互動,將所學貢獻於實用,尤其現今臺灣製造業面臨轉型挑戰,學術界的創新非常關鍵。」

看著葉院士現今擁有的非凡成就,多數人可能以為他背景優渥,其實,他出生偏鄉、從未出國留學、進修。來自宜蘭南澳的他,成長過程中資源相對匱乏,但這反而養成他從小「凡事自己動手做」的習慣,「這種獨立解決問題、親身實踐的精神,就是我在科學研究上,不斷突破的基石。」

葉院士全家於2025總統科學獎頒獎現場溫馨合影。
葉院士全家於頒獎現場溫馨合影。
圖/ 數位時代

不曾出國留學、進修,也能做出世界級的突破

葉院士從學士、碩士一路念到博士,是標準的「清華大學材料科學工程寶寶」。在那個「去去去去國外」、留學盛行的年代,他選擇做個異類,深耕臺灣,「對國家做出貢獻比個人發展更重要!而且我相信,就算在臺灣,也能憑藉我們的智慧、能力,做出世界級創新。」

葉院士建議,年輕學者、莘莘學子們應心存善念,並秉持著求甚解、動手做的態度,多元、快樂學習,「強大的企圖心,能創造價值;與人為善,則能聚集眾力,共同實現宏大目標。」

臺灣「高熵合金之父」葉院士,賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」 殊榮。
臺灣「高熵合金之父」葉院士,賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」 殊榮。
圖/ 數位時代

問「高熵合金之父」接下來還有什麼目標?他笑稱,自己自大學二年級起,便懷抱著「飛碟夢」,而要實現夢想,需要室溫超導、極耐高溫等前所未有的材料,他仍在兢兢業業努力中。飛碟夢看似遙遠,卻是前進的燃料,向來「說到做到」的葉院士,用對未來的無限想像,持續為材料科學鋪設一條通往新世界的道路,也為臺灣留下珍貴的創新資產。

葉均蔚 院士
專長:高熵合金及相關材料、製造工程等
現職:國立清華大學材料科學工程學系特聘研究講座教授
成就:開創「高熵合金」領域,徹底顛覆傳統金屬材料設計思維,為臺灣在高階製造、綠能技術及核融合能源領域奠下堅實根基

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