“量子电池”来了？未来EV充满电最快只需几秒 速度提升200倍

无论是光伏还是核聚变，人类文明迟早都必须转向可再生能源。考虑到人类日益增长的能源需求和化石燃料的有限性，这是不可避免的。因此，科学家为开发替代能源进行了大量的研究，其中大多数利用电力作为主要的能源载体。
随着可再生能源的广泛研发，社会发生了逐渐的变化，世界采用了以可再生能源为基础的新产品和设备。最显著的变化就是电动汽车的迅速普及，现在每年都有数百万辆电动汽车售出。电动汽车市场是增长最快的行业之一，这也帮助埃隆·马斯克（Elon Musk）成为世界上最富有的人。
与从碳氢化合物燃料燃烧中获取能量的传统汽车不同，电动汽车依靠电池作为其能量的存储介质。在很长一段时间里，电池的能量密度远低于碳氢化合物，这导致早期电动汽车行驶里程很低。但随着电池技术的逐步改进，这一障碍已被突破。
然而，另一方面，今天电动汽车的消费者又面临着另一个困难——电池充电速度慢。目前，汽车需要大约10个小时才能完全充电，即使是充电站的超级充电器也需要长达20-40分钟才能为车辆完全充电。这给客户带来了额外的成本和不便。
为了解决这个问题，科学家们在量子物理学的神秘领域中寻找答案。他们的研究发现，量子技术可能会带来以更快速度给电池充电的新机制。这种“量子电池”的概念在2012年由Alicki和Fannes发表的一篇开创性论文中首次提出。理论上，量子资源，如纠缠，可以通过集体的方式同时给电池内的所有电池充电，从而大大加快电池的充电过程。
根据之前的研究，量子技术可以加快电池充电的速度，而且其充电优势可能是由2方面因素带来的：“全局操作”（电池可以与其他电池发生电连接）和“全耦合”（每个电池只能与另一个电池发生电连接，而不能同时与2个或多个）。但此前科学家还不清楚这2个因素是否都是必要的。

最近，来自基础科学研究所（IBS）复杂系统理论物理中心的科学家们进一步探讨了这些问题。一项发表于《物理评论快报》的研究指出，在量子电池中，“全耦合”是不相关因素，而“全局操作”是其唯一的充电优势来源。IBS是韩国政府出资开展基础科学研究和相关纯基础研究的研究机构。
研究人员发现采取“全局操作”的量子充电方案后，充电速度与电池数量之间呈二次函数关系，而不再是传统充电方式下的线性关系。因此，对于一款内置约200组电池的经典电动汽车，新的量子充电方式有望使充电速度提高约200倍，充电效率可从10小时缩短至3分钟左右。在高速充电站，充电时间将从30分钟缩短到短短几秒。
研究人员表示，研究结果可能是深远的，量子充电的影响可能远远超出电动汽车和消费电子产品。例如，它可能在未来的聚变发电厂找到关键用途，这些发电厂需要在瞬间充电和排放大量的能量。
当然，量子技术仍处于起步阶段，要实现这些方法的实际应用还有很长的路要走。然而，诸如此类的研究发现创造了一个有前途的方向，并可以激励资助机构和企业进一步投资于这些技术。科学家们相信，如果量子电池得以应用，它将彻底改变我们使用能源的方式，使我们离可持续发展的未来更近一步。