Ученые из Центра теоретической физики сложных систем Института фундаментальных наук (IBS, Республика Корея) нашли способ сократить время зарядки электромобиля в 200 раз. Для этого они использовали квантовые батареи. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Потребности человечества в энергии постоянно растут, в то время как запасы ископаемого топлива ограничены. Сегодня активно внедряются новые продукты и устройства, работающие на возобновляемых источниках энергии. Если 10 лет назад электромобили на дорогах было трудно представить, то сейчас они ежегодно продаются миллионами. Рынок электромобилей — один из самых быстрорастущих секторов на рынке.
В отличие от традиционных автомобилей, которые получают энергию от сжигания углеводородного топлива, в электромобилях используются батареи. Долгое время они имели гораздо меньшую плотность энергии, чем углеводороды, поэтому дальность пробега первых электромобилей была очень малой. Постепенно аккумуляторные технологии совершенствовались. Сегодня дальность пробега электромобилей сопоставима с дальностью пробега автомобилей, работающих на бензине.
Однако водители электромобилей сталкиваются с еще одной трудностью — медленной скоростью зарядки аккумуляторов: в домашних условиях для этого потребуется около 10 часов. Даже самым быстрым нагнетателям, системам станций быстрой зарядки постоянным током, требуется 20–40 минут для полной зарядки транспортного средства. Это приводит к дополнительным расходам и неудобствам для клиентов.
Решение этой проблемы ученые нашли в области квантовой физики. Процесс зарядки механизмов может быть значительно ускорен благодаря квантовой батарее. Современные аккумуляторы большой емкости, как правило, содержат множество элементов-ячеек. Применение квантовых технологий может обеспечить зарядку всех элементов аккумулятора одновременно. Такая коллективная зарядка невозможна в классических батареях, где элементы заряжаются параллельно независимо друг от друга.
В ходе исследования ученые теоретически выяснили, какое преимущество дает квантовая зарядка, и предложили конкретный способ проектирования таких батарей. Кроме того, группа смогла точно определить, какой скорости зарядки можно достичь.
В то время как в классических батареях максимальная скорость зарядки увеличивается линейно с увеличением количества элементов, квантовые батареи могут достигать квадратичного масштабирования скорости зарядки благодаря «глобальной операции» (авторы исследования называют так явление, когда все ячейки одновременно связаны друг с другом).
Таким образом, для типичного электромобиля с аккумулятором, содержащим около 200 ячеек, использование квантовой зарядки ускорит процесс зарядки в 200 раз. Время зарядки в домашних условиях сократится с 10 часов до примерно 3 минут. На высокоскоростных зарядных станциях время зарядки сократится с 30 минут до нескольких секунд.
Исследователи говорят, что применение квантовой зарядки может выходить далеко за рамки электромобилей и бытовой электроники. Например, квантовая зарядка может найти широкое применение в будущих термоядерных электростанциях.
Конечно, квантовые технологии все еще находятся в зачаточном состоянии, и предстоит пройти долгий путь, прежде чем эти методы смогут быть реализованы на практике. Однако результаты исследований указывают, что это крайне перспективное направление, на которое стоит обратить внимание инвесторам.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
