In standard batteries, size is a disadvantage. Add more cells and charging takes longer, a relationship that exists across every electrochemical storage technology built to date. A study published March 13, 2026 in Light: Science & Applications found the opposite: the larger the battery, the faster it fills. Australian researchers built a prototype where the rules run backward: the larger the battery, the faster it fills.
세계 최초의 양자 배터리는
그 어느 때보다 빠르게 충전될 수 있으며 에너지를 변환할 수 있습니다.
배터리 클수록 충전 속도가 빨라져
일반적인 배터리 는 크기가 단점입니다. 셀이 많아질수록 충전 시간이 길어지는데, 이는 현재까지 개발된 모든 전기화학적 에너지 저장 기술에 공통적으로 나타나는 현상입니다. 하지만 2026년 3월 13일 Light: Science & Applications에 발표된 한 연구는 정반대의 결과를 보여주었습니다. 배터리가 클수록 충전 속도가 빨라진다는 것입니다. 호주 연구진은 이러한 법칙이 역전된 프로토타입을 개발했습니다. 즉, 배터리가 클수록 충전 속도가 빨라지는 것입니다.
제임스 콰치 박사(호주 연방과학기술연구기구, CSIRO ) 가 주도하고 RMIT 및 멜버른 대학교 연구팀이 참여한 이 프로젝트는 양자 전하 저장-방전 사이클을 완벽하게 수행하는 최초의 장치를 개발했습니다. 화학 물질이 아닌 빛을 통해 에너지를 전달 함으로써 , 연구팀은 물리학의 이론적 특이성을 기능적인 에너지원으로 구현해냈습니다.
일반 배터리는 전극과 전해질 사이의 화학 반응을 통해 에너지를 저장합니다. 양자 배터리는 물질의 양자 상태, 특히 분자와 포획된 광자(가장 작은 불연속적인 빛의 묶음) 사이의 상호작용을 통해 에너지를 저장합니다 .
이 시제품은 다층 유기 마이크로 공동을 사용합니다. 이는 빛을 가두도록 설계된 고분자 필름과 거울의 적층 구조입니다 . 레이저가 이 장치에 에너지를 공급하면 내부 분자들이 개별적으로 광자를 흡수하는 것이 아니라, 연구자들이 '초흡수'라고 부르는 단일하고 조화로운 과정을 통해 집단적으로 흡수합니다.
"이 시스템은 단 한 번의 거대한 초흡수 현상을 통해 빛을 흡수하고, 이를 통해 배터리를 더 빠르게 충전합니다."라고 허치슨은 말했다.
그러한 집단적 행동은 특정한 수학적 관계를 따릅니다. 일반적인 배터리가 N개의 단위로 충전될 때 각 단위당 1초가 걸린다면, 양자 배터리는 모든 N개의 단위를 동시에 충전하는 데 1/√N(1을 N초의 제곱근으로 나눈 값)이 걸립니다 . 배터리 크기가 두 배가 되더라도 충전 시간은 두 배가 되는 것이 아니라 약 30% 정도 줄어듭니다. 배터리 크기가 커질 수록 이러한 효과는 더욱 증폭됩니다 .
"이번 연구 결과는 직관에 완전히 반하는 근본적인 양자 효과를 확인시켜 줍니다. 양자 배터리는 크기가 커질수록 더 빠르게 충전됩니다."라고 콰흐는 말했습니다. "우리가 개발한 시제품은 상온에서 빠르고 확장 가능한 충전 및 에너지 저장 기능을 보여주며, 차세대 에너지 솔루션의 기반을 마련합니다."
2022년 프로토타입의 한계
콰치 연구팀은 2022년에 초흡수 충전 효과를 시연했습니다 . 이 장치는 물리적 원리를 확인했지만, 에너지를 흡수하고 저장할 수는 있어도 사용 가능한 전류로 방출하는 메커니즘이 없었던 치명적인 한계가 있었습니다. 2026년에 개발된 시제품은 마이크로캐비티 구조에 추가 층을 더하여 저장된 양자 에너지를 전류로 변환함으로써 , 최초로 완전한 충전-저장-방전 사이클을 구현했습니다.
Technology Networks
기술 현황은 어떠한가
현재 장치는 소량의 에너지를 저장하고 나노초 동안 유지할 수 있습니다. 저장 시간을 늘리는 것이 연구팀의 당면 과제입니다 . 2025년 7월, RMIT와 CSIRO 연구진은 별도의 실험적 접근 방식을 통해 양자 배터리의 수명을 나노초에서 마이크로초로 1,000배 연장하는 데 성공했습니다 . 2026년 프로토타입은 저장 시간보다는 충방전 주기 측면에서의 발전을 목표로 합니다.
콰치 교수는 “양자 배터리 연구에는 아직 해야 할 일이 많지만, 가능성을 실현하는 데 중요한 진전을 이뤘다”며, “현재 양자 배터리의 다음 단계는 에너지 저장 시간을 연장하는 것”이라고 말했다.
연구팀은 양자급 충전 속도와 기존 배터리의 긴 에너지 저장 용량을 결합한 하이브리드 설계를 연구하고 있습니다. CSIRO는 또한 이 기술 개발을 위한 파트너를 물색 중입니다.
콰치는 "저의 궁극적인 목표는 전기차를 휘발유차보다 훨씬 빠르게 충전하거나, 장거리에서도 무선으로 기기를 충전할 수 있는 미래를 만드는 것입니다."라고 말했습니다.
Building the World’s First Quantum Battery
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