量子技術(shù)能?提高電池的性能嗎？答案是肯定的。由蘇塞克斯大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)項(xiàng)目正在使用量子傳感器來測(cè)量電池行為，期望得到的數(shù)據(jù)可用于改進(jìn)電池技術(shù)。

該項(xiàng)目已獲得伯明翰大學(xué)的合作資源資助、英國(guó)量子技術(shù)中心傳感器和計(jì)時(shí)。該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還包括斯特拉斯克萊德大學(xué)和愛丁堡大學(xué)作為該財(cái)團(tuán)的一部分。

該項(xiàng)目解決了提高電池能量密度、耐用性和安全性的關(guān)鍵需求，從而推動(dòng)工業(yè)革命朝著日益綠色的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)這些和其他綠色目標(biāo)，在實(shí)施環(huán)境政策的同時(shí)，需要在這些領(lǐng)域進(jìn)行深入的研究和開發(fā)。

在接受 EE Times 采訪時(shí)，蘇塞克斯大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)研究教授 Peter Kruger 強(qiáng)調(diào)了電池似乎是量子電池傳感器的第一個(gè)大市場(chǎng)，因?yàn)殡妱?dòng)汽車需要具有高存儲(chǔ)容量的大型電池組?！斑@將意味著量子傳感器的第一次重大商業(yè)影響，”克魯格說。

電池和量子技術(shù)新的電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)，包括再生制動(dòng)系統(tǒng)、啟動(dòng)和停止功能以及驅(qū)動(dòng)車輪的電動(dòng)機(jī)，都需要對(duì)電氣輸入進(jìn)行精確測(cè)量和控制，以優(yōu)化性能并避免災(zāi)難性故障。

這些系統(tǒng)的一個(gè)重要部分是?電池?電流測(cè)量傳感器，它測(cè)量電池充電和放電水平及其健康狀態(tài)。有幾種現(xiàn)有技術(shù)可以創(chuàng)建用于車輛電池監(jiān)控的良好電流傳感器。

同時(shí)，使用量子計(jì)算模擬電池的化學(xué)結(jié)構(gòu)使得應(yīng)用這些算法可以根據(jù)各種標(biāo)準(zhǔn)（例如減重、最大密度和電池組裝）再現(xiàn)電池內(nèi)部的化學(xué)成分。這加速了電池組本身的產(chǎn)業(yè)化。

蘇塞克斯大學(xué)項(xiàng)目該項(xiàng)目的目標(biāo)是實(shí)施量子磁力計(jì)技術(shù)，以檢查微觀電池電流是否準(zhǔn)確流動(dòng)。通過這種方式，對(duì)新電池和現(xiàn)有電池的化學(xué)成分的快速評(píng)估將加速創(chuàng)造卓越的電池技術(shù)，從而促進(jìn)電氣化。

磁力計(jì)是一種帶有單個(gè)傳感器的儀器，用于測(cè)量磁通量密度。量子磁力計(jì)基于亞原子粒子的自旋。每個(gè)粒子磁矩與施加場(chǎng)的耦合被量化或限制為由量子力學(xué)定律確定的一組離散值。

克魯格指出，近年來有很多鋰電池故障案例登上了頭條，比如三星的 Galaxy Note 7 智能手機(jī)案例。監(jiān)控電流可以允許在這些電池故障發(fā)生之前采取預(yù)防措施。量子傳感器可以通過監(jiān)測(cè)電池的健康狀況和減少最磨損的電池負(fù)載來為電池提供某種智能。

“目前的電池監(jiān)控解決方案主要集中在測(cè)量電池兩端的電壓。這很好地指示了電池內(nèi)剩余的電量，通過在隨后的許多充電/放電循環(huán)中測(cè)量這些電壓，可以在電池退化時(shí)監(jiān)測(cè)充電容量，”克魯格說。

他補(bǔ)充說：“雖然這些測(cè)量對(duì)于監(jiān)測(cè)電池的健康狀態(tài)很有用，但它們并不能告訴我們太多關(guān)于電池內(nèi)部發(fā)生了什么的信息。開發(fā)中的量子系統(tǒng)可以測(cè)量電池產(chǎn)生的磁場(chǎng)，用于推斷流經(jīng)電池的電流。該系統(tǒng)充當(dāng)“磁性相機(jī)”，能夠窺視電池內(nèi)部?！?/p>

該研究小組的目標(biāo)是開發(fā)不需要基礎(chǔ)設(shè)施和最低運(yùn)行成本的小型、低功耗、便攜式設(shè)備，因此適用于經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。

學(xué)者們還將與 CDO2、Magnetic Shields Ltd 和 QinetiQ 密切合作以實(shí)現(xiàn)他們的目標(biāo)。Magnetic Shields Ltd 將提供所需的無磁噪聲環(huán)境，使傳感器技術(shù)能夠以前所未有的靈敏度進(jìn)行測(cè)試。

“大型應(yīng)用在研究領(lǐng)域，電池制造商可以對(duì)不同的化學(xué)物質(zhì)和電池幾何形狀進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試。傳感器可以將診斷信息發(fā)送到 EV 的車載計(jì)算機(jī)，并且可以減少服務(wù)間隔，因?yàn)椴辉傩枰謩?dòng)檢查。電池農(nóng)場(chǎng)正在開發(fā)為一種可再生能源存儲(chǔ)形式，該技術(shù)可用于智能充電系統(tǒng)，以及監(jiān)測(cè)電池的健康狀態(tài)，”克魯格說。

目前最大的挑戰(zhàn)集中在提高電池的容量上?！皬募夹g(shù)上講，傳感器不僅對(duì)來自電池的磁場(chǎng)敏感，而且對(duì)所有鐵磁物質(zhì)都敏感。我們開展的大部分工作是設(shè)計(jì)傳感器，并研究如何保護(hù)它們免受外部磁場(chǎng)的影響。我們必須考慮系統(tǒng)如何能夠過濾掉汽車電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的磁場(chǎng)，或者當(dāng)汽車每次從另一個(gè)方向通過時(shí)，大約有一噸金屬通過傳感器時(shí)磁場(chǎng)的快速變化。需要建立所有相關(guān)組件的完整供應(yīng)鏈。我們正在通過同時(shí)提供產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略資金來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，”克魯格說。

電池是脫碳的關(guān)鍵，但化學(xué)和邊界技術(shù)都需要改進(jìn)。鋰離子電池仍然是該領(lǐng)域的黃金標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，并且已經(jīng)走過了漫長(zhǎng)的道路。檢查每個(gè)電池是一項(xiàng)必須考慮許多因素的操作，例如泄漏和缺陷，這些因素會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生不利影響，無論是電動(dòng)汽車還是簡(jiǎn)單的消費(fèi)設(shè)備。

審核編輯 黃昊宇