據(jù)西班牙《公眾》日報(bào)網(wǎng)站近日報(bào)道,量子
電池有望讓電動汽車在幾秒鐘內(nèi)完成充電。
無論是光伏、風(fēng)能還是核聚變,人類文明遲早轉(zhuǎn)向可再生能源?紤]到人類不斷增長的能源需求和化石燃料的有限性,這是不可避免的結(jié)果。大多數(shù)為開發(fā)替代能源而進(jìn)行的研究和研發(fā)計(jì)劃都使用電力作為主要能源載體。當(dāng)前行業(yè)最顯著的變化是電動汽車的發(fā)展,這是近年來增長最快的市場之一。
電動汽車依靠電池供電。長期以來,電池的能量密度比碳?xì)浠衔锏偷枚,?dǎo)致電池續(xù)航時(shí)間非常短。電動汽車的電池存儲技術(shù)是必須解決的主要技術(shù)瓶頸之一。
盡管電池技術(shù)有了巨大的改進(jìn),今天,電動汽車的消費(fèi)者面臨另一個(gè)難題——電池充電速度慢。目前,汽車需要約10個(gè)小時(shí)才能完全充電,即使是充電站的超級充電器也需要長達(dá)20至40分鐘才能為車輛完全充電,時(shí)間比加油要長得多。
報(bào)道稱,為了解決這個(gè)問題,科學(xué)家們向神秘的量子物理學(xué)領(lǐng)域?qū)ふ掖鸢福l(fā)現(xiàn)這些技術(shù)有望帶來速度更快的電池充電新機(jī)制?茖W(xué)家在2012年發(fā)表的一篇開創(chuàng)性論文中首次提出這種“量子電池”概念。理論上,量子資源,如糾纏,可以通過以集體方式同時(shí)對電池組內(nèi)的所有電池充電來大大加快充電過程。
現(xiàn)代高容量電池組可以包含許多電池。然而,這種集體充電在傳統(tǒng)電池中是不可能的,因?yàn)閭鹘y(tǒng)電池是彼此獨(dú)立地平行充電的。這種集體充電相對于平行充電的優(yōu)勢可以通過“量子充電優(yōu)勢”的比率來衡量。
大約在2017年,人們發(fā)現(xiàn),可能有兩種方法可以利用這種量子優(yōu)勢,即“全局操作”和“完全耦合”。“全局操作”指,所有單元格同時(shí)與其他每個(gè)單元格對話(即“所有人都坐在一張桌子上”)。“完全耦合”指,每個(gè)單元格只能與旁邊的一個(gè)單元格對話(即“有許多次討論,但每次討論只有兩個(gè)參與者”)。
最近,韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究所復(fù)雜系統(tǒng)理論物理中心的科學(xué)家們進(jìn)一步探索了這些可能性,他們的發(fā)現(xiàn)被發(fā)表在《物理評論快報(bào)》雜志上。
報(bào)道稱,研究論文表明,“完全耦合”在量子電池中是無關(guān)緊要的,并且通過“全局操作”實(shí)現(xiàn)了量子充電的優(yōu)勢。工作組進(jìn)一步確定了這種優(yōu)勢的確切來源,同時(shí)排除了其他可能性,甚至提供了設(shè)計(jì)這種電池的明確方法。
此外,該小組能夠準(zhǔn)確量化使用該方案可以實(shí)現(xiàn)的充電速度。研究表明,采用“全局操作”的量子電池可以實(shí)現(xiàn)充電速率的倍數(shù)提升。
為了說明這一點(diǎn),科學(xué)家拿典型的電動汽車為例,其電池包含約200個(gè)單元。采用這種量子充電技術(shù),將使充電速度快200倍,這意味著,在家中充電的時(shí)間將從10小時(shí)縮短到約3分鐘。在高速充電站,充電時(shí)間將從30分鐘縮短到僅僅幾秒鐘。