来源:电子工程专辑2022-01-27 00:00:00 热度:

量子电池的物理学原理是什么?

来自AI中国网 https://www.cnaiplus.com

  当前新能源电动汽车盛行之下,也催生了宁德时代和比亚迪电池巨头,国外更是在不断的研发固态、全固态锂电池新技术。然而,量子技术的诞生,让量子电池也将变成可能。本文详解其物理学原理。

  量子电池有朝一日可以通过一个看似矛盾的表现彻底改变能源储存--电池容量越大,充电越快。现在,一个科学家团队首次在一个概念验证装置中证明了支撑量子电池的超吸收量子力学原理。

  古怪的量子物理学世界充满了在我们看来不可能的现象。例如,分子可以变得如此纠缠在一起,以至于它们开始集体行动,而这可以导致一系列的量子效应。这包括超级吸收,它提高了分子吸收光的能力。

  该研究的通讯作者James Quach表示:"超级吸收是一种量子集体效应,分子状态之间的转换会产生建设性的干扰。建设性干涉发生在所有种类的波(光、声、水波)中,当不同的波加起来比任何一个波本身的效果都要大时,就会发生建设性干涉。至关重要的是,这允许组合分子比每个分子单独行动时更有效地吸收光线。"

  在一个量子电池中,这种现象将有一个非常明显的好处:拥有的储能分子越多,它们就能更有效地吸收能量--换言之,把电池做得越大,它的充电速度就越快。至少,理论上应该是这样的。超级吸收尚未在足够大的规模上被证明可以建造量子电池,但新的研究现在已经做到了这一点。为了建立他们的测试装置,研究人员将一个活性光吸收分子层--一种被称为Lumogen-F Orange的染料--放在两个镜子之间的微腔中。

  "这个微腔中的镜子是用制造高质量镜子的标准方法制造的,"Quach解释说。"这就是使用交替的电介质材料层--二氧化硅和五氧化二铌--来创造所谓的'分布式布拉格反射器'。这产生的镜子比典型的金属/玻璃镜子反射更多的光。这很重要,因为我们想让光尽可能长时间地停留在空腔内。"

  然后,该团队使用超快瞬时吸收光谱来测量染料分子是如何储存能量的,以及整个设备充电的速度。果然,随着微腔的大小和分子数量的增加,充电时间减少,证明了超吸收的作用。

  最终这一突破可能为实用的量子电池铺平道路,使之成为快速充电的电动汽车或能够处理来自可再生资源的突发能量的储能系统。但当然,这项研究仍处于非常早期的阶段。键的挑战是弥合这里的小型设备的原理证明与在更大的可用设备中利用同样的想法之间的差距。下一步是探索如何将其与其他储存和传输能量的方式结合起来,以提供一种可能有实际用途的设备。

  该研究发表在《科学进展》杂志上。


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