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量子電池加快充電速度,影響未來能源走向

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科技產業資訊室 (iKnow) - Kyle 發表於 2022年3月30日
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圖、量子電池加快充電速度,影響未來能源走向
 
傳統汽車是從碳氫化合物燃料的燃燒中獲取能量,至於電動車則是依靠電池作為其能量的儲存媒介。長期以來,電池的能量密度遠低於碳氫化合物,這導致早期電動車的續航里程非常低。然而,電池技術的逐步改進最終使電動車的行駛里程與燃油汽車相比,處於可接受的水平。

然而,儘管電池技術取得了巨大進步,但目前電動車卻面臨著另一個難題,即是電池充電速度緩慢。目前,電動車在家中充滿電大約需要10個小時。即使是到快速充電站也需要長達20至40分鐘才能為車輛充滿電。

為了解決這個問題,科學家在神秘的量子物理學領域尋找答案。根據其研究發現,量子技術可能會帶來更快速電池充電的新機制。這種「量子電池」的概念最早是在2012年Alicki和Fannes發表的一篇開創性論文中提出。理論上,量子資源,可以通過為內部的所有電池充電來極大地加速電池充電過程。

到了2017年左右,研究發現量子技術充電的優勢可能是由兩個可能來源:「全局操作(global operation)」(所有電池都可以與其他電池同步連接)和「全耦合(all-to-all coupling)」(每個電池只能與單一個電池發生電連接,而不能同時與2個或多個)。一直到最近,才確定全局操作的存在是量子優勢的唯一因素。

來自基礎科學研究所(the Institute for Basic Science;IBS)複雜系統理論物理中心的科學家們發現,採取「全局操作」的量子充電方案後,充電速度與電池數量之間呈現二次函數關係,而不再是傳統充電方式下的線性關係。

為了說明這一點,假設一輛擁有200組電池的一般電動車,一旦採取這種量子充電方式,充電速度將比傳統電池充電要快200倍,這意味著在家充電時間將從10小時減少到只需要大約3分鐘左右。在高速充電站時,充電時間也將從30分鐘縮短到幾秒鐘而已。

研究人員表示,研究結果將帶來更深遠的影響,因為量子充電不僅僅只能應用在電動車和消費電子產品,其甚至可以在未來的核能發電廠中找到關鍵用途,因為這些發電廠需要在瞬間充電和排放大量的能量。

當然,量子技術仍處於初始階段,要在實踐中實施這些方法還有很長的路要走。然而,諸如此類的研究發現創造了一個很有希望的方向,並可以激勵機構和企業挹注一些資金來進行進一步研究。科學家們相信,如果量子電池得以應用,它將徹底改變我們使用能源的方式,使我們離永續能源發展又更接近了一步。(900字)


參考資料:
'Quantum charging' EV batteries could juice you car faster than pumping gas. The Next Web, 2022/3/25
New Quantum Technology To Make Charging Electric Cars As Fast as Pumping Gas. SciTechDaily, 2022/3/21


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