В этой статье:
- Что такое квантовые батареи?
- Есть ли у квантовых батарей шанс работать?
- Квантовые наноточки в батареях
- Квантовые батареи — это возможность для автомобильной промышленности
- Как быстро будет заряжаться автомобиль с квантовыми батареями?
Что такое квантовые батареи?
В 2012 году два исследователя - проф. Роберт Алицкий из Гданьского университета и проф. Марк Фаннес из Левенского университета опубликовал статью, доказывающую, что теоретически может существовать такая вещь, как квантовая батарея. Он будет основан на квантовых ячейках, хранящих энергию .
Они будут иметь разные состояния, представляющие высокие и низкие уровни энергии. Алики и Фаннес заметили, что чем больше квантово-запутанных ячеек содержится в батарее, тем быстрее она переходит от низкой энергии к высокой. Это означает, что он будет загружаться быстрее.
Одним из механизмов, который учитывается при попытке построить квантовую батарею, является поглощение света веществом. Это так называемый механизм сверхабсорбции. Благодаря этому, что интересно, производительность аккумулятора будет увеличиваться по мере увеличения его размера.
Есть ли у квантовых батарей шанс работать?
Десять лет назад вся концепция находилась лишь в сфере теоретических соображений. Алики и Фаннес отметили, что пока неизвестно, из чего может быть сделана квантовая батарея. Однако их работа оказалась вдохновляющей для целого ряда учёных, которые начали интенсивно исследовать вопрос квантовых батарей.
Открытия пошли в двух направлениях. Один из них заключался в продолжении создания теоретических основ. Второе – искать практические инженерные решения. В обеих областях были успехи. В январе 2022 года команда Джеймса Куача из Университета Аделаиды объявила, что им удалось провести первый практический эксперимент, подтверждающий существование связи между размером квантовой батареи и временем ее зарядки.
Квантовые наноточки в батареях
Аккумулятор смартфона, который заряжается за 30 секунд? Это должно стать возможным благодаря так называемому квантовые наноточки . Это кристаллы длиной всего два нанометра, изготовленные из дешевого органического сырья. Их можно использовать не только для увеличения емкости аккумулятора, но и для улучшения других электронных компонентов, таких как дисплеи, память и камеры. Наноточки теоретически могут сделать электронику полностью свободной от токсичного кадмия.
Более качественные аккумуляторы нужны конструкторам медицинских приборов, спутников, самолетов, строительных инструментов, роботов и т. д. Более того, использованные аккумуляторы представляют угрозу для окружающей среды, поскольку часто содержат токсичные тяжелые металлы. Более эффективное и экологически чистое хранение электроэнергии стало серьезной задачей для всей технологической отрасли.
Квантовые батареи могут быть использованы, например, в будущих термоядерных электростанциях , где важно быстро поставлять огромное количество энергии. Однако квантовые технологии все еще находятся в зачаточном состоянии. Так что нам придется еще немного подождать, пока они «подрастут».
Квантовые батареи — это возможность для автомобильной промышленности
Такие батареи могут влиять, среди прочего: о самом важном автомобильном секторе – электромобилях . Их популярность постоянно растет и их уже производят практически все крупные автомобильные концерны. Однако у них все еще есть недостатки, которые затрудняют замену автомобилей с ДВС в массовом масштабе.Каковы эти недостатки? К сожалению, время зарядки их батарей все еще очень велико . Зарядка «электрика» может занять несколько часов. И даже если у нас будет супердорогая машина, оснащенная по последнему слову техники, нам придется потратить 20-40 минут, чтобы остановиться на станции.
Как быстро будет заряжаться автомобиль с квантовыми батареями?
Группа из трех ученых из Сеульского национального университета разработала еще один аспект проблемы квантовых батарей — точный метод зарядки их ячеек . Их работа была опубликована в научном журнале Physical Review Letters.
Ученые впервые разработали конкретную схему того, как будет работать батарея, состоящая из квантовых ячеек . Потом точно подсчитали, сколько времени это может сэкономить при остановке на станции.
Если предположить, что у нас есть электромобиль с аккумулятором, состоящим из 200 ячеек, они обнаружили, что скорость зарядки также увеличится в 200 раз. Таким образом, время зарядки сократится с десяти часов до трех минут . Если бы у нас была сверхбыстрая зарядная станция, вместо того, чтобы тратить на нее полчаса, зарядка автомобиля заняла бы всего несколько секунд.