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最快9秒充满电动汽车?量子技术有望将充电速度提高200倍
发布日期:2022-07-22 14:34    点击次数:171

  原标题:最快9秒充满电动汽车?量子技术有望将充电速度提高200倍

  近日,科学家通过研究发现,“量子电池”可以将充电速度提高200倍,将一辆电动汽车的充电时间从10小时最快缩短到9秒。

  电动电池作为电动汽车的关键部件,其生产和存储技术是目前亟待优化的问题。随着电池技术的改进,电动汽车的续航里程已达到消费者可接受的范围。

  但消费者依旧面临着电池充电速度慢的问题。目前,一辆电动汽车在家充电,充满大约需要10个小时。即使是充电速度最快的超级充电站,也需要20至40分钟才能充满电。因此,充电速度问题给消费者带来了更多的时间成本。

  为了解决这一问题,科学家开始在量子物理学中寻找答案。

  2012年,Robert Alicki和Mark Fannes二人发表了一篇开创性论文,并首次提出“量子电池”概念。他们的研究发现,量子技术可能会带来新的突破,以更快的速度给电池充电。理论上,量子技术(例如量子纠缠)可以对电池组的所有单个电池进行集体充电,从而大幅加快充电过程。

  由于在传统电池中,电池组内的电池是相互独立、并联充电的,无法实现集体充电。因此, 钱宁科学家将集体充电相较于并联充电的优势,称为“量子充电优势”(quantum charging advantage)。

  直到2017年,科学家发现了“量子充电优势”的两种可能来源:“全局操作”(global operation,即电池组内所有电池可与其它电池同时交流)和“全部耦合”(all-to-all coupling,即电池组内的电池与其它电池的交流形式为“一对一”)。但此前,科学界尚不明确这两种来源是否必要,且是否会限制充电速度。

  

  电动汽车的传统充电与量子充电区别示意图,图片来自韩国基础科学研究院(IBS)

  此次,韩国基础科学研究院(IBS)复杂系统理论物理中心的研究人员提出,“全部耦合”在量子电池中无关紧要,“全局操作”的存在是“量子充电优势”的唯一因素。团队进一步确定了这种优势的确切来源,排除了其它可能性,并提供了设计量子电池的一种明确方法。该研究成果发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters),并被选为“编辑推荐”论文。

  此外,前述团队能精确量化该方案中“量子电池”可实现的充电速度。传统电池的最大充电速度一般随着电池数量的增加而线性增加,但采用“全局操作”的量子电池充电速度可以实现平方增速。他们提出,一辆普通的电动汽车,其电池组大约包含200个电池。若使用量子充电技术,其充电速度将比传统电池快200倍。这意味着一辆电动汽车在家充电的时间将从10小时,缩短到约3分钟,在高速充电站可以从30分钟缩短到短短几秒。

  研究人员表示,量子充电技术的影响力可能远远超出电动汽车和消费电子产品本身。例如,它可能在未来应用于核聚变发电厂,因为这些发电厂需要在瞬间大量充电与放电。尽管量子技术仍处于起步阶段,要实现这些技术的实际应用还有很长的路,但这些研究可以激励机构和企业进一步投资量子技术。如果量子电池得以应用,它将彻底改变我们使用能源的方式,有助于实现可持续发展的未来。

  近几年,可再生能源受到全球广泛关注。全球电动汽车市场规模不断扩大,据市场研究机构Canalys,2021年全球电动汽车(包括纯电动和插电式混合动力汽车)销量为650万辆,比2020年增长109%。其中,中国大陆市场销售超过320万辆,占全球电动汽车销量的一半。

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责任编辑:王珊珊