本文来自中国科学院国家科学图书馆《科学研究动态监测快报》“先进能源科技专辑”，由国家能源局向本网供稿。请广大网民参考。

    物理学家推断，量子现象将极大地推动电池技术的发展，使电池的能量密度提升至锂离子电池的10倍。根据新的设计，数十亿的纳米真空管电容器可利用量子效应抑制电弧现象（电弧现象会限制电容器储存电荷的数量）达到提升能量存储密度的目的。

伊利诺伊大学的研究人员Alfred Hubler和Onyeama Osuagwu研究了纳米真空管（几乎不含气体）阵列的能量储存能力。当管间距或者电极间的距离在10 nm左右的时候，可以有效抑制电弧现象的发生，防止能量的损失。此外，每一个纳米管可以单独进行充放电的特点，使得该技术能够实现数字化，并提供了数据存储与能量存储产生关联的可能性。

纳米真空管能量密度以及在功率密度方面具有巨大优势

科研人员通过计算发现，在这种条件下产生的电场，可以产生比目前最好的电池技术高2到10倍的能量密度，功率密度（即充放电倍率）也会有几个数量级的提升。此外，纳米真空电池在充电和放电方面避免了传统电池所面临的泄漏问题，减少了能量损耗，且寿命几乎无限长。由于能量密度独立于使用的材料，所以该纳米真空管可以使用廉价、无毒的材料来制造，并且这种真空管也可以利用光刻技术来制造，还可以方便地与集成电路相结合。

至于数据存储的可能性，物理学家解释为每一个纳米真空管均可有两个闸极，能量闸极（energy gate）和信息闸极（information gate），并且每个纳米真空管都可以独立地进行充放电。通过向纳米真空管壁上嵌入MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）就可以在非充放电的情况下测定纳米管的状态。

例如存储22这个号码，先将其转换成二进制符号“10110”，然后使用能量闸极对第一、第三和第四个管充电，而第二个和第五个管不带电。能量闸极持有电荷时，它将在MOSFET诱导产生电场，部分抵消信息闸极电场，从而修改MOSFET的临界电压（threshold voltage）。

当读取数据时，将略高于临界电压的电压施加于信息闸极，MOSFET通道将导电或者保持绝缘，取决于MOSFET的临界电压，而MOSFET的临界电压是由能量闸极的电荷决定的。通过测量流经MOSFET通道的电流，可以提供二进制代码，重新读取存储的资料。

目前，Hubler已申请美国国防部先进研究计划局（DARPA）基金支持，计划明年开发出数字量子电池的原型，同时希望找出存储大量能量时纳米真空管发生了什么变化。赵晏强  摘译