Extending the self-discharge time of Dicke quantum batteries using molecular triplets
Abstract: Quantum batteries, quantum systems for energy storage, have gained interest due to their potential scalable charging power density. A quantum battery proposal based on the Dicke model has been explored using organic microcavities, which enable a cavity-enhanced energy transfer process called superabsorption. However, energy storage lifetime in these devices is limited by fast radiative emission losses, worsened by superradiance. Here, we demonstrate a promising approach to extend the energy storage lifetime of Dicke quantum batteries using molecular triplet states. We examine a type of multi-layer microcavities where an active absorption layer transfers energy to the molecular triplets of a storage layer, identifying two regimes based on exciton-polariton resonances. We tested one of these mechanisms by fabricating and characterising five devices across a triplet-polariton resonance. We conclude by discussing potential optimisation outlooks for this class of devices.
- D. Larcher and J.-M. Tarascon, Nature Chemistry 7, 19 (2015).
- M. Armand and J. M. Tarascon, Nature 451, 652 (2008).
- M. N. Leuenberger and D. Loss, Nature 410, 789 (2001).
- S. Haroche, Rev. Mod. Phys. 85, 1083 (2013).
- L. Fusco, M. Paternostro, and G. De Chiara, Physical Review E 94, 052122 (2016).
- X.-W. Chen, V. Sandoghdar, and M. Agio, Phys. Rev. Lett. 110, 153605 (2013).
- A. A. Svidzinsky, L. Yuan, and M. O. Scully, Phys. Rev. X 3, 041001 (2013).
- B. M. Garraway, Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 369, 1137 (2011).
- S. Prasad and R. J. Glauber, Phys. Rev. A 82, 063805 (2010).
- V. V. Temnov and U. Woggon, Phys. Rev. Lett. 95, 243602 (2005).
- S. Prasad and R. J. Glauber, Phys. Rev. A 61, 063814 (2000).
- M. Gross and S. Haroche, Physics Reports 93, 301 (1982).
- R. H. Dicke, Phys. Rev. 93, 99 (1954).
- S. Davidson, F. A. Pollock, and E. Gauger, Physical Review X Quantum 3, 020354 (2022).
- J. Liu, D. Segal, and G. Hanna, Journal of Physical Chemistry C 123, 18303 (2019).
- J. Q. Quach and W. J. Munro, Physical Review Applied 14, 1 (2020).
- N. J. Hestand and F. C. Spano, Chemical Reviews 118, 7069 (2018).
- N. Carlon Zambon, Chirality and nonlinear dynamics in polariton microresonators, Theses, Université Paris-Saclay (2020).
- S. S. Zade and M. Bendikov, Organic letters 8, 5243 (2006).
- T. W. Ebbesen, Accounts of Chemical Research 49, 2403 (2016).
- J. P. Zobel, J. J. Nogueira, and L. González, Chemistry–A European Journal 24, 5379 (2018).
- J. S. Zugazagoitia, C. X. Almora-DÃaz, and J. Peon, The Journal of Physical Chemistry A 112, 358 (2008).
- H. Sternlicht, G. Nieman, and G. Robinson, The Journal of Chemical Physics 38, 1326 (1963).
- P. Atkins and G. Evans, Molecular Physics 29, 921 (1975).
- R. Forecast, F. Campaioli, and J. H. Cole, Journal of Chemical Theory and Computation 19, 7816 (2023).
- D. Dempster, T. Morrow, and M. Quinn, Journal of Photochemistry 2, 343 (1973).
- M. AlÃas-RodrÃguez, C. de Graaf, and M. Huix-Rotllant, Journal of the American Chemical Society 143, 21474 (2021).
- A. Mukherjee, J. Feist, and K. Börjesson, Journal of the American Chemical Society 145, 5155 (2023).
- K. Stranius, M. Hertzog, and K. Börjesson, Nature Communications 9, 2273 (2018), type: Journal Article.
- B. Liu, V. M. Menon, and M. Y. Sfeir, ACS Photonics 10.1021/acsphotonics.0c00895 (2020).
- L. V. Levshin, M. G. Reva, and B. D. Ryzhikov, Journal of Applied Spectroscopy 26, 48 (1977).
- P. Bojarski, Chemical Physics Letters 278, 225 (1997).
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.
