Квантовая технология может сделать зарядку электромобилей такой же быстрой, как заправка бензином

Прочитано: 313 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, среднее: 5,00 из 5)
Loading ... Loading ...


Будь то фотоэлектричество или термоядерный синтез, рано или поздно человеческая цивилизация должна обратиться к возобновляемым источникам энергии. Это считается неизбежным, учитывая постоянно растущие потребности человечества в энергии и ограниченный характер ископаемого топлива. Было проведено много исследований с целью разработки альтернативных источников энергии, большинство из которых использует электричество в качестве основного энергоносителя. Обширные исследования и разработки в области возобновляемых источников энергии сопровождались постепенными изменениями в обществе, поскольку мир внедрял новые продукты и устройства, работающие на возобновляемых источниках энергии. Самым поразительным изменением стало быстрое внедрение электромобилей. Если еще 10 лет назад их редко можно было увидеть на дорогах, то сейчас ежегодно продаются миллионы электромобилей. Рынок электромобилей — один из самых быстрорастущих секторов.

В отличие от традиционных автомобилей, которые получают энергию от сжигания углеводородного топлива, электромобили полагаются на батареи в качестве носителя для хранения своей энергии. Долгое время батареи имели гораздо меньшую плотность энергии, чем углеводороды, что приводило к очень малой дальности пробега первых электромобилей. Однако постепенное совершенствование аккумуляторных технологий в конечном итоге позволило дальности пробега электромобилей оставаться в допустимых пределах по сравнению с автомобилями, работающими на бензине. Не будет преувеличением сказать, что улучшение технологии хранения аккумуляторов было одним из основных технических узких мест, которые необходимо было решить, чтобы дать толчок нынешней революции электромобилей.


Однако, несмотря на огромные улучшения в аккумуляторных технологиях, сегодняшние потребители электромобилей сталкиваются с еще одной трудностью: медленной скоростью зарядки аккумуляторов. В настоящее время для полной зарядки автомобилей в домашних условиях требуется около 10 часов. Даже самым быстрым нагнетателям на зарядных станциях требуется от 20 до 40 минут для полной зарядки транспортных средств. Это создает дополнительные расходы и неудобства для клиентов.

Для решения этой проблемы ученые искали ответы в области квантовой физики. Их поиски привели к открытию того, что квантовые технологии могут обещать новые механизмы для более быстрой зарядки аккумуляторов. Технология квантовой батареи была впервые предложена в основополагающей статье, опубликованной Алики и Фаннесом в 2012 году. Было высказано предположение, что квантовые ресурсы, такие как запутанность, можно использовать для значительного ускорения процесса зарядки батареи путем одновременной зарядки всех ячеек в батарее. коллективный способ.

Это особенно интересно, поскольку современные аккумуляторы большой емкости могут содержать множество элементов. Такая коллективная зарядка невозможна в классических батареях, где элементы заряжаются параллельно независимо друг от друга. Преимущество этой коллективной зарядки по сравнению с параллельной можно измерить соотношением, называемым преимуществом квантовой зарядки. Примерно в 2017 году исследователи заметили, что за этим квантовым преимуществом могут стоять два возможных источника, а именно: глобальная операция (при которой все клетки разговаривают со всеми остальными одновременно, т. е. «все сидят за одним столом») и взаимосвязь всех со всеми ( т. е. «дискуссий много, но в каждой дискуссии только два участника»). Однако неясно, нужны ли оба этих источника, и есть ли какие-либо ограничения на скорость зарядки, которых можно достичь.

Недавно ученые из Центра теоретической физики сложных систем Института фундаментальных наук (IBS) продолжили изучение этих вопросов. Статья, которая была выбрана в качестве предложения редактора в журнале Physical Review Letters , показала, что связь всех со всеми не имеет значения в квантовых батареях и что наличие глобальных операций является единственным компонентом квантового преимущества. Группа пошла дальше, чтобы определить точный источник этого преимущества, исключив любые другие возможности, и даже предложила явный способ разработки таких батарей.

Кроме того, группа смогла точно определить, какой скорости зарядки можно достичь в этой схеме. В то время как максимальная скорость зарядки линейно увеличивается с количеством элементов в классических батареях, исследование показало, что квантовые батареи, использующие глобальную операцию, могут достигать квадратичного масштабирования скорости зарядки. Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим типичный электромобиль с аккумулятором , содержащим около 200 элементов. Использование этой квантовой зарядки приведет к 200-кратному ускорению по сравнению с классическими батареями, а это означает, что время зарядки дома сократится с 10 часов до примерно 3 минут. На высокоскоростных зарядных станциях время зарядки сократится с 30 минут до нескольких секунд.

Исследователи говорят, что последствия имеют далеко идущие последствия и что применение квантовой зарядки может выйти далеко за рамки электромобилей и бытовой электроники. Например, он может найти ключевое применение в будущих термоядерных электростанциях, которым требуется мгновенная зарядка и разрядка большого количества энергии. Конечно, квантовые технологии все еще находятся в зачаточном состоянии и предстоит пройти долгий путь, прежде чем эти методы смогут быть реализованы на практике. Однако результаты исследований, подобные этим, создают многообещающее направление и могут стимулировать финансирующие агентства и предприятия к дальнейшим инвестициям в эти технологии.

Квантовая технология может сделать зарядку электромобилей такой же быстрой, как заправка бензином



Новости партнеров