Na 100% za pár sekúnd. Kvantové nabíjanie extrémne zrýchli nabíjanie elektromobilov

Trh s elektromobilmi je jedno z najrýchlejšie rastúcich odvetví. Na rozdiel od tradičných automobilov, ktoré získavajú energiu spaľovaním uhľovodíkových palív, elektrické vozidlá využívajú na skladovanie energie batérie. Tie mali po dlhý čas oveľa nižšiu energetickú hustotu, ako ponúkali uhľovodíky, čo viedlo k veľmi nízkemu dojazdu prvých elektrických vozidiel. Postupné zlepšovanie batériových technológií však nakoniec umožnilo, aby sa dojazdy elektromobilov dostali na prijateľnú úroveň v porovnaní s autami spaľujúcimi benzín.

Napriek nedávnym zlepšeniam technológie batérií však dnešní majitelia elektrických vozidiel čelia inému problému: pomalému nabíjaniu batérie. V súčasnosti trvá úplné nabitie auta doma asi 10 hodín. Dokonca aj tie najrýchlejšie nabíjačky na nabíjacích staniciach potrebujú až 20 až 40 minút na úplné dobitie vozidiel, čo je pre zákazníkov stále dosť nepohodlné. Na riešenie tohto problému vedci hľadali odpovede v oblasti kvantovej fyziky. Napokon dospeli k objavu, že kvantové technológie môžu ponúknuť nové mechanizmy na rýchlejšie nabíjanie batérií.

Technológia kvantovej batérie bola prvýkrát navrhnutá v roku 2012. Predpokladalo sa, že kvantové zdroje, ako napríklad kvantové prepojenie, by sa mohli použiť na výrazné zrýchlenie procesu nabíjania batérie súčasným nabíjaním všetkých článkov v batérii kolektívnym spôsobom. To je mimoriadne zaujímavé, pretože moderné vysokokapacitné batérie môžu obsahovať množstvo článkov. Takéto kolektívne nabíjanie však nie je možné v klasických batériách, kde sa články nabíjajú paralelne nezávisle od seba. Výhodu tohto kolektívneho nabíjania oproti paralelnému možno merať pomerom nazývaným kvantová výhoda nabíjania.

Okolo roku 2017 si výskumníci všimli, že za touto kvantovou výhodou môžu byť dva možné zdroje, a to globálna operácia (pri ktorej všetky články komunikujú so všetkými ostatnými súčasne, teda „všetci sedia za jedným stolom“) a spojenie všetkých so všetkými (teda „veľa diskusií, ale každá diskusia má len dvoch účastníkov“). Nie je však jasné, či sú oba tieto zdroje potrebné a či existujú nejaké limity rýchlosti nabíjania, ktoré možno dosiahnuť. Vedci z Centra pre teoretickú fyziku zložitých systémov nedávno skúmali tieto otázky.

Dokument publikovaný v časopise Physical Review Letters ukázal, že spojenie „všetkého so všetkým“ je v kvantových batériách irelevantné a že prítomnosť globálnych operácií je jedinou zložkou kvantovej výhody. Skupina išla ešte ďalej a presne určila zdroj tejto výhody a dokonca poskytla jednoznačný spôsob navrhovania takýchto batérií. Okrem toho skupina dokázala presne kvantifikovať, akú rýchlosť nabíjania možno v tejto schéme dosiahnuť. Zatiaľ čo maximálna rýchlosť nabíjania v klasických batériách rastie lineárne s počtom článkov, štúdia ukázala, že kvantové batérie využívajúce globálnu operáciu môžu dosiahnuť kvadratický nárast rýchlosti nabíjania.

Ak vezmeme do úvahy typické elektrické vozidlo s batériou, ktorá obsahuje približne 200 článkov, využitie tohto kvantového nabíjania by viedlo k 200-násobnému zrýchleniu oproti klasickým batériám.  To znamená, že v domácnosti by sa čas nabíjania skrátil z 10 hodín približne na 3 minúty, zatiaľ čo na vysokorýchlostných nabíjacích staniciach by sa skrátil z 30 minút na niekoľko sekúnd.

Dôsledky kvantového nabíjania však môžu ďaleko presiahnuť elektromobily a spotrebnú elektroniku. Mohlo by napríklad nájsť využitie v budúcich elektrárňach využívajúcich jadrovú fúziu, ktoré vyžadujú nabíjanie a vybíjanie veľkého množstva energie v priebehu jedného okamihu. Samozrejme, treba prejsť dlhú cestu, kým sa tieto metódy budú môcť uplatniť v praxi.

Zdroj: phys.org.