全球首个量子电池原型揭秘 飞秒充电还有多远

你有没有过这样的崩溃时刻：临出门才发现手机没电，只能插上超级快充，一边心疼着电池寿命，一边还要熬半小时等它充满；又或者开电动汽车出游，亲友们都在尽兴玩乐，你却要独自去寻找充电桩，之后还要守在车旁熬几小时等电量补满？

可如果我告诉你，有一种电池能彻底终结这类烦恼——从0%到100%电量，充电可以“瞬间”完成，而且容量越大，充电反而越快，你敢信吗？

最近，来自澳大利亚的CSIRO团队就展示了全球首台可完整充放电的量子电池原型机，能实现一种飞秒级（femtosecond，也叫毫微微秒，1飞秒是1秒的一千万亿分之一）的超快充电，用量子力学的集体效应打破了传统电池的充电耗时规律。一旦应用，这种电池有望为量子计算机、无人机、电动汽车乃至日常手机提供全新动力方案，大幅提升其使用体验，带来一场颠覆认知的量子能源革命。

现有的电动车锂电池，充电速度一般较为缓慢，而强行快充会缩短电池寿命

图片来源：the rabbit * lapin

Part.1 容量越大充电越慢？量子电池：我偏不

传统电池的底层逻辑早已刻进我们的固有印象：那就是容量越大，充电越慢。都不用快充模式的话，手机的充电功率较低，却可以在2小时之内充满，而电动汽车即便充电功率较高，也需要熬上一整夜才能充够，这个看似天经地义的规律，如今却被量子电池所挑战。那么同样是电池，为何二者的表现是相反的呢？

对于传统锂电池而言，它存储能量是依靠电极材料中的离子嵌入/脱嵌过程和电解质中的电荷迁移来完成的。在充电时，电解质里的锂离子需要像跑马拉松一样，从正极开始迁移并最终嵌入到负极的晶格中，当容量变大、化学反应面就会变多、电荷迁移的路径（相当于马拉松赛程的距离）也就会越长，这就导致充电时间会随容量的增长而增加，因此在兼顾电池的容量和效率方面存在物理瓶颈。

但量子电池却可以依托自身的量子力学特性，完全跳出化学电池的束缚——量子世界存在集体效应（超广量效应）。在量子电池里，多个量子单元被封装在一起时，会共同参与能量吸收，这些合作者之间还会出现一种耦合效应，让每个量子单元都在“协作”的同时，暗中提升自己的效率，最终使得整体的能量传递效率呈超线性增长。

量子电池的层状结构示意图，各部分的原料和功能都做了标注

图片来源：Hymas et al., Light: Sci. Appl., 2026

这就好比蜂群协同劳作——当少数蜜蜂外出时，它们彼此间相距很远，难以有效地协作与交流，只能靠每个个体单干，所以采蜜效率平平；而当它们汇聚成庞大的蜂群后，个体之间的默契配合、分工联动更容易实现，结果就是蜂群搜寻花蜜、搬运回巢的整体效率得以成倍暴涨，整体产出效果远远超出单只蜜蜂能力的简单叠加，实现一种“一加一远大于二”的协同增效效果。

在原型机中，这种集体效应带来的充电效率提升成功抵消掉了储电单元增加所带来的时耗增加。最终使得整块电池的充电速度随着体积的增大而增加。

澳大利亚科学家在实验室中研发量子电池原型

图片来源：Stefan Stoev/CSIRO

Part.2 未来已来？飞秒快充+隔空充电齐上阵

既然是量子电池，没点黑科技傍身岂不是太没排面了？这就不得不提到研究团队这次直接解锁的两大行业颠覆级“神技能”：飞秒级超快充电和激光无线充电。

你知道什么是飞秒吗？那可是（10⁻¹⁵秒）！这是什么概念呢？飞秒之于一秒，就好像一秒之于约3200万年那样。量子电池的原型机在这个时间尺度范围内就可以完成充电，而储能时间却能达到纳秒级别（10⁻⁹秒）。两者相差的可是整整6个数量级。虽然目前看来，这个储电时间还远不可能支持实际应用，但这个时间差其实为将来的技术放大提供了核心可能。将来若能将量子电池提升到应用级规模，理论上它的充电也可以实现几乎“瞬间充满”，出门前等着电动汽车、手机充电的经历或将成为历史。

光谱图展现出量子电池充电后，激发态能量（红色）可稳定储存数十纳秒，同时基态信号（蓝色）同步恢复，这说明该储能方案基本可行

图片来源：Hymas et al., Light: Sci. Appl., 2026

除此之外，这种量子电池将来或许还可以适配一种新型充电装置——高能激光。有了它，一些需要长时间远程运作的设备，比如飞行中的无人机，就可以通过接受激光照射，直接“空中加电”，整个过程无需降落，也不用插线，实用性直接拉满。至于未来的电动汽车，甚至可能在高速行驶的过程中，通过路边的激光基站边跑边充，实现感知上的无限续航！

Part.3 原型虽“香”，离量产还有几道坎？

尽管这款全球首个量子电池已经完成了完整的充放电流程，但毕竟，它目前还只是实验室里的“初生宝宝”，距离真正走进咱们的手机和汽车，还有好几关要闯呢！

首先是容量问题。目前原型机电池的容电量还特别迷你，储能时间也短得可怜，首席研究员James Quach表示，目前的原型机仅能存储数十亿电子伏的能量，这点电量有多少呢？其实还不到一颗纽扣电池的千分之一——如果把手机充满电需要的能量比作一个浴缸的水，那这台量子原型机目前能储存的能量，大概只有一滴水。

看起来十分精致的量子电池原型

图片来源：CSIRO

其次是量产技术难题——到底该如何把现在这种精密的微腔结构放大到工业量产级别，同时保证量子集体效应所带来的充电速度提升不被其他因素抵消掉呢？这仍然是个实打实的硬核问题！至于激光无线充电方案，我们至少还需要解决高功率激光照射的安全问题，总不能为了充电方便，就给大众都配备杀伤性极强的“激光炮”吧？

用高能激光进行远程充电必须解决好安全性问题，不然充电装置就成武器装置了

图片来源：《星球大战》

Part.4 未来产业前瞻：量子电池在2040年前难以替代锂电池

‌理论提出（2013年前后）‌：波兰科学家R. Alicki 和比利时科学家M. Fannes 首次从量子热力学角度提出“量子电池”概念。后续有科学家预言利用‌量子纠缠‌或‌超吸收（superabsorption）‌效应可实现充电功率随规模增大而提升（非线性加速），突破经典电池“越大越慢”的限制。‌‌

‌原理验证（2022年）‌：澳大利亚James Quach团队（阿德莱德大学/CSIRO）在有机分子微腔（Lumogen-F染料+分布式布拉格反射器）中实验验证‌超吸收效应‌：系统尺寸增大，光吸收/充电速率加快；但仅实现‌充电闭环‌，无法有效存储或提取电能，属“光能暂存”而非完整电池功能。‌‌

‌全循环原型（2026年3月）‌：CSIRO联合墨尔本大学、RMIT在《光：科学与应用》发布全球首台‌充–储–放全周期可控‌的量子电池原型，基于室温有机微腔，实现‌飞秒级充电‌、‌纳秒级储能‌及毫秒级放电，能量容量约十亿电子伏特，虽仅够驱动微纳电路，但标志着从“现象演示”迈向“功能器件”。

‌工程优化（当前至未来10–20年）‌：

研发现状：领域正从简单原理验证向多体、可扩展固态平台过渡。研究焦点包括：基于中性原子阵列的规模化充电、退相干抑制、无损充电协议、无线量子充电方案以及可提取功的优化。有机微腔、超导电路和自旋系综是目前最主要的实验平台。

现实定位：所有实验仍处于实验室原理验证阶段，所实现的“电池”在能量容量、存储时间上与实用电池差距极大。例如，当前实验装置所存能量仅为一节5号电池约10的负14次方倍，存储寿命尚在纳秒至微秒量级。

未来展望：工程化的核心挑战在于将超短寿命的量子激发能量转移至长寿命中间态，实现毫秒级以上的有效存储，同时抑制室温退相干。主流共识认为，量子电池在2040年前难以替代锂电池，其最先可能应用的场景为量子计算系统供能、超快脉冲电源或高灵敏光能捕获器件。坊间虽有企业宣称布局，但目前尚无任何经实证的商业化原型。

1. https://www.theguardian.com/science/2026/mar/18/world-first-quantum-battery-australian-scientists-say
2. https://www.nature.com/articles/s41377-026-02240-6
3. https://www.csiro.au/en/news/All/News/2026/March/Quantum-battery-full-cycle

作者：蝌蚪君

审核：刘颖 李培元

审核专家：梁文杰 中科院物理研究所 研究员