科學家聲稱他們可以利用量子技術資源，將10小時的充電時間縮短至3分鐘。
研究人員已經轉向量子物理學，以找到如何為電動汽車（EV）制造電池的線索，這種電池的充電速度可以與加滿一箱汽油的速度一樣快，甚至更快。
韓國基礎科學研究所（IBS）復雜系統理論物理中心的一組科學家探索了如何優化電動汽車的量子電池，確定了這種系統可以達到多大的充電速度。
目前，電動汽車在家充滿電大約需要10小時，而在充電站通過最快的增壓器可在20至40分鐘內充滿電。理想狀態下，為了使這些車更具有吸引力，給電池充電所需的時間不應超過給汽車加油所需的時間。
為了解決這個問題，IBS的科學家們決定轉向量子物理領域，這是一個經常神秘的領域，在最基本的層面上研究物質和能量，旨在揭示自然界構建塊的性質和行為。
在他們的研究中，該團隊發現，量子技術可能提供新的機制，以更快的速度給電池充電。研究人員表示，科學家于2012年提出的這些所謂的“量子電池”，理論上可以利用量子資源，例如糾纏，通過集體方式同時給電池內的所有電池充電，顯著加快電池充電過程。
量子的優勢
研究人員說，事實上，電動汽車所需的大容量電池通常包含許多電池，而對它們進行集體充電的優勢超過了對它們進行獨立并聯充電的優勢，可以通過稱為“量子充電優勢”的比率來衡量。
研究人員已經了解量子優勢背后有兩個可能的來源，一種被稱為“全局操作”（global operation），指所有電池同時與所有其他電池可以連接，另一種是“所有對所有耦合”（all-to-all coupling），每一塊電池都可以與其他電池連接，但一次只能與一塊電池連接。
然而，到目前為止，尚不清楚這些資源是否必須同時發生以獲得充電優勢，也不清楚對實現的充電速度是否有限制。
研究人員表示，IBS團隊決定探索這些問題，并且找到了一些答案，為制造充電更快的電動汽車電池奠定了基礎。
在報告中，他們找到的其中一個發現是量子電池中的“所有對所有耦合”都是不相關的；另一個是“全局操作”的出現是量子優勢的唯一組成部分。
研究人員表示，研究團隊還明確指出了這種優勢的精準來源，同時排除了任何其他設計可能性，為如何研發具有優化充電的量子電池提供了藍圖。
上圖為目前電動汽車（EVs）與未來基于量子電池電動汽車的對比。研究人員發現，利用量子充電將使普通電動汽車的充電速度提高200倍，這意味著在家充電時間可從10小時降至3分鐘，在充電站充電的時間由原來的30分鐘縮短至9秒。
從幾小時到幾分鐘
將來，團隊將具體量化在量子設計中充電速度可以達到多少。而在經典電池中，最高充電速度隨電池數量呈線性增長，IBS研究人員發現量子電池通過“全局操作”可以實現充電速度的二次縮放（quadratic scaling）。
例如，如果考慮到一個普通電動汽車包含了200塊電池，采用量子充電的速度可比普通電池提高200倍。研究人員表示，這有可能使家庭充電從10小時降至3分鐘。電池在充電站的充電時間需要30分鐘，在將來量子電池從理論上可以實現在幾秒鐘內完成充電。
研究人員將論文發表在《Physical Review Letters》上。
研究人員表示，盡管量子電池的研究仍處于早期狀態，但對未來電動汽車電池的設計影響還是巨大的。
此外，電動汽車電池并不是他們工作涉及到的唯一領域。例如，這項研究可以應用于聚變發電站，該發電站需要在剎那間對大量能量進行充電和放電。
中國化學與物理電源行業協會 楊柳翻譯
2022.5.27