Квантовые батареи могут заряжать электромобиль за 3 минуты
Квантовые батареи, которые в настоящее время являются теоретическими устройствами, могут, помимо прочего, значительно сократить время зарядки. Однако масштабы этого пока неизвестны. Группа исследователей из Института фундаментальных наук (IBS) в Южной Корее недавно продемонстрировала, что квантовые батареи могут увеличить скорость зарядки в 200 раз.
Хотя на дорогах появляется все больше и больше электромобилей, все еще существует множество проблем, связанных с их производством и использованием. Некоторые из этих проблем связаны с используемыми батареями и их емкостью/скоростью зарядки. Как говорится в недавнем пресс-релизе Института фундаментальных наук со ссылкой на полученные результаты, емкость батарей значительно улучшилась. Скорость зарядки, с другой стороны, остается низкой. Среднее время зарядки составляет 8-10 часов в домашних условиях и около 30 минут на станциях быстрой зарядки.
Согласно последним расчетам команды, использование квантовых батарей может сократить это время зарядки на три минуты в домашних условиях и на несколько секунд на станциях быстрой зарядки. Результаты были опубликованы на сервере ARXIV и, как ожидается, будут подтверждены научным сообществом. Затем они будут опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Многие исследователи обращаются к квантовой физике для разработки более эффективных батарей. Действительно, эта область физики содержит очень специфические механизмы, которые могут изменить игру в этой области.
Квантовая физика изучает поведение материи и света на микроскопическом или атомном уровне. Ученые обнаружили, что в таких масштабах материя ведет себя так, как она работает. Изучение этого поведения позволило выявить новые физические принципы, которые изучаются и по сей день.
Читайте также: Квантовый эффект может быть причиной спонтанных мутаций ДНК
Сложность каждого живого организма на Земле основана в первую очередь на точности генетической информации, заключенной в каждой клетке, из которой он..
Одним из ключевых изучаемых принципов является принцип квантового нарушения. Проще говоря, этот принцип относится к тому факту, что две частицы, находящиеся далеко друг от друга, могут образовать связанную систему. Когда происходит квантовое нарушение, наблюдаются определенные идентичные свойства нарушающей частицы или группы частиц. Действительно, когда измеряется состояние одной из них, другая нарушенная частица получает такое же значение. Эта связь сохраняется независимо от расстояния, разделяющего их.
Таков принцип работы квантовых батарей, теоретизируемый многими учеными: в 2012 году была опубликована работа Алика и Фаннеса, основанная исследователями из IBS. В ней они продемонстрировали, что процесс зарядки батареи может быть значительно ускорен с помощью квантового разрушения для одновременной зарядки всех элементов батареи.
Это квантовое ускорение вызвано использованием операции прерывания, когда элементы заряжаются как единое целое. В отличие от этого, обычные батареи заряжаются параллельно. Это означает, что каждый элемент заряжается независимо от других», — говорят исследователи IBS. Они объясняют это в своей публикации. Эта возможность называется «преимуществом квантовой зарядки».
Как говорится в пресс-релизе института, чьи расчеты были рассмотрены, с тех пор был проведен ряд исследований, посвященных этому хорошо известному преимуществу квантовой зарядки. Результаты показали, что возможны два режима работы. Есть «глобальная работа», когда все элементы (батареи) подключены одновременно, и есть работа «во всем», когда происходит непрерывное подключение два к одному. Кажется, что существует множество «обсуждений» для каждого элемента в батарее, но каждое обсуждение имеет только двух участников.
Пока неизвестно, какой из этих двух механизмов выполняет работу, когда заряды, связанные с квантовой батареей, ускоряются. Такой вывод был сделан в результате расчетов, представленных в новом исследовании. По словам исследователей, «все» операции не работают для всех. Только «глобальные операции» демонстрируют реальность преимуществ квантовой зарядки. Они также смогли специально рассчитать это квантовое преимущество, как описано выше. Таким образом, они смогли увеличить скорость перезарядки в 200 раз по сравнению с обычной батареей с 200 электронными элементами. В результате, как говорится в пресс-релизе, время зарядки автомобиля сократилось с 10 часов в домашних условиях до всего лишь трех минут, а на зарядной станции — до нескольких секунд.
Однако это лишь один пример. Ученые считают, что больше преимуществ дают их расчеты в отношении квантовых батарей будущего. Например, они надеются, что они будут полезны в будущих электростанциях для нуклеосинтеза. Для этого требуется способность быстро накапливать и высвобождать большое количество энергии.
