Kwantowe ładowanie samochodów elektrycznych szybkie jak tankowanie benzyny
Zasoby paliw kopalnych kiedyś się wyczerpią, a światowe zużycie energii stale rośnie, dlatego przejście na odnawialne źródła energii wydaje się być nieuniknione. Akumulatory wykorzystywane w pojazdach elektrycznych przez długi czas miały znacznie niższą gęstość energii niż paliwa płynne, dlatego wczesne pojazdy elektryczne miały bardzo mały zasięg. Teraz jest to już kilkaset kilometrów po całkowitym naładowaniu akumulatora - nadal mniej niż na pełnym baku wielu samochodów, ale wystarczająco dużo do typowego użytku. Jeszcze 10 lat temu samochodów elektrycznych prawie nie było na drogach, ale obecnie sprzedaje się ich miliony rocznie. Problemem pozostaje dostęp do ładowarki i czas ładowania akumulatora - w warunkach domowych około 10 godzin. Nawet najszybsze superładowarki na stacjach ładowania wymagają 20-40 minut na pełne naładowanie pojazdów, co stwarza dodatkowe koszty i niedogodności dla klientów.
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy chcą wykorzystać zjawiska typowe dla fizyki kwantowej. Koncepcja „baterii kwantowej” została po raz pierwszy zaproponowana w przełomowym artykule opublikowanym przez Alickiego i Fannesa w 2012 r. Wysunięto teorię, że zjawiska kwantowe, takie jak splątanie, mogą zostać wykorzystane do znacznego przyspieszenia procesu ładowania akumulatora poprzez jednoczesne ładowanie wszystkich ogniw w akumulatorze w sposób zbiorczy.
Niedawno naukowcy z Center for Theoretical Physics of Complex Systems przy koreańskim Institute for Basic Science (IBS) dokładniej zbadali te kwestie. Udało się im przedstawić wytyczne dotyczące projektowania takich baterii oraz precyzyjnie określić, jak dużą prędkość ładowania można osiągnąć. Podczas gdy maksymalna prędkość ładowania wzrasta liniowo wraz z liczbą ogniw w klasycznych akumulatorach, badanie wykazało, że typowy pojazd elektryczny z akumulatorem, który zawiera około 200 ogniw przy zastosowaniu kwantowego ładowania zostałby naładowany w pełni 200 razy szybciej - zamiast 10 godzin około 3 minut. Na stacjach szybkiego ładowania czas ładowania zostałby skrócony z 30 minut do zaledwie sekund.
Zdaniem naukowców implikacje ładowania kwantowego mogą wykraczać daleko poza samochody elektryczne i elektronikę użytkową. Na przykład może ono znaleźć kluczowe zastosowania w przyszłych elektrowniach termojądrowych, w których wielkie ilości energii byłyby przekazywane w krótkim czasie. Choć technologie kwantowe istnieją na razie tylko teoretycznie, wyniki obecnych badań wyznaczają jednak obiecujący kierunek i mogą stanowić zachętę dla agencji finansujących i przedsiębiorstw do dalszego inwestowania w te technologie. (PAP)
Autor: Paweł Wernicki
