量子電池

2021-01-15 鋰享家

"鋰享家"（lixiangjia-123）--鋰電池行業牛人的聚集地，這裡最有料！

請點擊上面藍色字體「鋰享家」訂閱關注！

在一年一度的換機潮中，CPU、GPU、相機、RAM、ROM都是廠商們愛大做文章的地方，也是近些年變化、進步最大的地方。相較之下，電池技術進步就有些相形見絀了，每年大概只有10%能量密度上的提升，廠商介紹時也只能用索尼/三星的電芯來烘託出高大上的感覺。在實際的用戶體驗中，電池續航也成了明顯的短板，畢竟續航不夠，性能再強也是白搭。

近些年各種快速充電技術層出不窮，但電池本身在商用層面卻沒有什麼突破。雖然有石墨烯電池、「雞蛋」電池、鋰陽極電池、矽電池等等各種具有科幻色彩的電池技術已經被新聞報導過，但投向市場卻遙遙無期，不少相關的新聞下都是網友「何時可用」的吐槽。近期，又有來自英國、義大利等四國的物理學家在英國物理學會刊物《新物理學》雜誌上提出了「量子電池」的概念，以理論證明了多量子比特相互糾纏而產生的「量子加速」能為充電提供捷徑，充電比傳統鋰電池更快。今天，我們就量子電池聊聊手機電池技術這些事。

量子電池的前世今生

　　說起量子電池，這並不是近期才被科學家發現的新技術。早在2012年，波蘭格但斯克大學的Robert Alicki和比利時魯汶大學的Mark Fannes就聲稱，人類可以利用量子糾纏技術製造出接近100%能量轉換率的量子電池。

　　具體而言，就是一個量子系統具有一個量子態，某些物質的量子態擁有一些可以使其返回被動、中立狀態的微量能量，而這些能量是可以人為提取出來的。兩位科學家談到，他們能夠由此建立一個充滿豐富能量的量子態的量子電池，而在能量耗盡後又可以通過充電來使他們恢復。

量子電池的本質是量子糾纏

　　更重要的是，兩位科學家認為可以利用量子糾纏來設計一個更高效的量子電池。這種電池可以通過任意數量的量子連接在一起，從而可以大量汲取能量，如果有足夠多的量子糾纏，這種電池將會是完美的——它在充電或放電時將不會有任何的損失。

　　當然，當時提到的量子電池只是建立在理論層面的。到了2014年，日本的Micronics Japan公司與Guala Technology公司共同開發了名為「battenice」量子電池，它的放電特性和化學電池一樣可保持一定電壓，實現1.5V電壓、500Wh/L能量密度、8000W/L輸出功率密度，充放電壽命（維持在初期容量的90％以上時）為10萬次，工作溫度範圍-25～+85℃。


battenice電池的工作原理

　　在Micronics Japan公司的介紹中，battenice電池有以下優點主要有6點:：全固體構造，無需擔心漏液；因不使用可燃性材料，無需擔心過熱起火；不使用稀有金屬和稀土材料，無需擔心資源短缺；不使用環境負荷高的物質，有利於環保；充放電壽命長（加速試驗已證實可充放電1萬次以上，現正以10萬次為目標開發），有利於減少廢棄物；輸出功率密度與電容器比肩。最重要的是，battenice電池在當年就實現了量產。

　　總體而言，量子電池最大的好處一是充電快，二是能量轉化率高。

鋰電池的停滯發展

　　這些年其它電子元件雖然進步神速，但鋰離子電池的發展卻幾乎停滯不前，使用的化學成分和20年前一模一樣，這也是現在新型電池技術受到大家高度關注的原因。而鋰離子電池技術雖然有體積小、可充電、電壓高等等優點，但卻有能量密度和熱敏感性兩個方面的不足。

　　能量密度決定了特定體積或重量的電池的運行時間。不幸的是，摩爾定律不適用於電池。自從首批鋰離子電池1991年進入市場以來，它們所驅動的設備電晶體數量增加了千百倍，但鋰離子電池的能量密度卻只提升了三倍。而增加能量密度的一個方法是提高封裝效率。比如，現在用於大多數智慧型手機的不可拆卸式袋裝鋰離子電池取消了可拆卸式電池 所需的保護殼，依靠智慧型手機外殼來進行保護，為真正儲存能量的活性物質提供更多空間。


手機空間的狹小使電池容量提升非常困難

　　鋰離子電池的另一個缺陷是熱敏感性，它的化合物會和殘留水分發生化學反應，產生氫氟酸，這是最具腐蝕性的化合物。如同所有的化學反應一樣，溫度每提高10攝氏度，這個過程的速度就提高一倍，智慧型手機就會發燙。

　　而量子電池對於智慧型手機而言，首先就解決了充電速度上的問題，其次它能量的高轉化率也使得鋰離子電池使用時間一長容量會縮減的問題得到改善。除此之外，安全性、環保這些量子電池特有的屬性，在當下安全事故頻發、電子垃圾增多的背景下也尤為重要。

量子電池的商用困境

　　量子電池雖然優勢明顯，但要實際商用在手機中，還是有一個不能忽略的問題——能量密度。


採用了高能量密度電池的國產手機

　　鋰離子電池雖然發展緩慢，能量密度增長乏力，但至今也發展出了700Wh/L能量密度以上的技術，而上文我們提到的battenice電池能量密度僅為500Wh/L，而且如果沒有技術性突破，能量密度很難大幅提高。義大利物理學家約翰·古爾德表示：「量子系統的儲電量比日常用電設備要小好幾個數量級。我們只是從理論上證明了在給一個系統輸入能量時，量子物理能帶來加速。」所以目前而言使用量子電池不但對續航的延長沒有幫助，反而會使手機的成本上升，那自然不會有廠商願意選擇。


三星將推出750WhL的鋰電池

　　另外，縱然鋰離子電池發展再緩慢，它畢竟是一項成熟的技術，成本低、風險小；同時，量子電池快速充電的特性在面對快充技術流行的當下也沒有壓倒性的優勢。

總結

　　相比其他還停留在實驗室階段的電池技術，已經可以量產的量子電池的確讓大家看到了一絲突破的曙光，它擁有的充電快、高轉化、綠色環保特性保證了其未來寬廣的發展，但目前能量密度低的短板卻死死遏制了它用於行動裝置上的可能性。

　　但新技術的出現總歸是讓人喜聞樂見的，量子電池的研究人員也表示將進一步研究熱力學過程中的量子效應，以便更好地理解量子電池的潛在應用，所以對於量子技術我們依然可以抱有期待。




好文齊欣賞！歡迎朋友圈分享！！

也歡迎直接在公共號上留言交流！！


相關焦點

  • 量子電池的未來發展
    答案是有的，那就是量子能源。所謂的量子能源就是利用了量子糾纏和量子疊加態的原理進行自己發電，說簡單一點就是讓帶電粒子圍繞著原子核運轉，產生電荷。類似於永動機的原理，為電池進行充電，省去了電源線。若這種量子電池得以實現量產，會對於我們的日常生活帶來很多幫助。
  • 不會漏電的量子電池新思路
    加拿大艾伯塔大學(University of Alberta)和多倫多大學的科學家合作提出了一種新型量子電池的設計方案，並在理論上證明這種電池不會漏電。「量子電池是微型的，用於納米級別的電池，」艾伯塔大學的化學家漢納(Gabriel Hanna)說，這項研究展示了造出不會漏電的量子電池的可能性，比以前的量子電池模型更好。漢納說，量子電池將是未來很多量子設備的重要元件，可能用現有的固態製造技術就能造出。
  • 量子點太陽能電池外量子效率首超100%
    ，會產生外量子效率最高達114%的感光電流。發表於12月16日出版的《科學》雜誌上的這一最新研究為科學家們研製出第三代太陽能電池奠定了基礎。 當光子入射到太陽能電池表面時，部分光子會激發光敏材料產生電子空穴對，形成感光電流，此時產生的電子數與入射光子數之比稱為感光電流的外量子效率。迄今為止，還沒有任何一種太陽能電池在太陽能光譜內光波的照射下，顯示出超過100%的外量子效率。
  • 「遇事不決,量子力學」 量子電池正在研製
    據媒體報導，來自加拿大阿爾伯塔大學和多倫多大學的一組科學家已經設計出了一種「量子電池」的藍圖，這種「量子電池」的電量永遠不會耗盡。確切地說，這種電池還不存在。但圖紙已經有了，如果他們想出了製造它的方法，可能就是能源儲存方面的革 命性突破。
  • 量子傳感器：可窺視電池內部變化，提高電池密度
    量子技術能改善電池性能嗎?似乎可以。蘇塞克斯大學研究人員領導的一個項目正在使用一種基於量子的傳感器來測量電池的行為，希望由此產生的數據可以用來改進電池技術。Kruger:「這將意味著量子傳感器的首次商業影響將會令人影響深刻。」
  • 量子傳感器:可窺視電池內部變化,提高電池密度
    量子技術能改善電池性能嗎?似乎可以。蘇塞克斯大學研究人員領導的一個項目正在使用一種基於量子的傳感器來測量電池的行為，希望由此產生的數據可以用來改進電池技術。該項目已經獲得了伯明罕大學以及UK Quantum Technology Hub Sensors and Timing的合作資源基金。該項目團隊還包括斯特拉斯克萊德大學和愛丁堡大學。
  • 新型鈣鈦礦量子點太陽能電池打破傳統量子點太陽能電池局限
    原標題：新型鈣鈦礦量子點太陽能電池打破傳統量子點太陽能電池局限 最近美國能源部（DOE）下屬的國家可再生能源實驗室（NREL）的研究人員成功製備出13.4％轉換效率的量子點太陽能電池，刷新了量子點太陽能電池世界效率紀錄。
  • 未來或許會有所謂的量子電池
    來自阿爾伯塔省和多倫多大學的一隊科學家繪製出了「量子電池」的藍圖，這種電池永遠不會出現電荷負載損失。
  • 超級量子電池將問世:1秒充滿手機,直接淘汰石墨烯電池!
    根據外媒報導，澳洲阿德萊德大學（University of Adelaide）研究人員正在研發全球第一款「量子電池（quantum battery）」，號稱只需不到一秒的時間就能完成充電，甚至大型的電池，還能成為新能源儲存的新解決方案
  • 電池秒充100%不是夢?專家推進量子電池實用化工作
    現在最新消息，來自澳洲廣播公司報導，量子物理專家James Quach正式被澳大利亞阿德雷德大學聘請，後者邀請他推進將量子電池實用化的相關工作。James Quach博士曾經提出理論，量子電池容量越大，充電速度就越快，甚至可以實現秒充。這意味著如果將量子電池正式商用化，這將革新目前市場中的這些產品體驗。
  • 薩塞克斯大學用量子傳感器測量電池性能
    圖片來源：薩塞克斯大學該項目解決了提高電池能量密度、耐久性和安全性的關鍵需求，推動產業向綠色生態系統轉變。該校實驗物理學研究教授Peter Kruger表示：「這將意味著量子傳感器首次產生重大商業影響。」
  • 科學家打造出新型量子點太陽能電池
    來源：cnBeta.COM據外媒報導，量子點在其眾多用途中已顯示出作為太陽能電池光伏材料的前景。近日，洛斯阿拉莫斯國家實驗室(LANL)的研究人員已經開發出一種新型的量子點太陽能電池，這種電池在保持效率的同時沒有使用在大多數電池中發現的有毒元素。 據了解，量子點太陽能電池面臨的主要問題是，它們是由鉛、鎘等有毒元素製成。
  • 科學家打造出新型量子點太陽能電池
    本文轉自【cnBeta.COM】；據外媒報導，量子點在其眾多用途中已顯示出作為太陽能電池光伏材料的前景。近日，洛斯阿拉莫斯國家實驗室(LANL)的研究人員已經開發出一種新型的量子點太陽能電池，這種電池在保持效率的同時沒有使用在大多數電池中發現的有毒元素。
  • 英國科學家研發量子電池:可實現快速充電
    一個量子電池所處的兩種疊加態代表了不同的能級，充電過程可讓電池裝置從低能級想高能級狀態移動據國外媒體報導，當前的充電技術還無法實現持久的續航力，以智慧型手機為例，充一次電需要數個小時，經過一天使用後，手機就需要再次充電。
  • 新設計的「量子電池」將不會再丟失電荷
    科技日報北京10月28日電 （記者劉霞）據物理學家組織網近日報導，加拿大科學家為不漏電荷的新型量子電池設計出了「藍圖」，這種量子電池僅依靠量子力學原理工作，有望成為多種量子設備的重要組件，比如為量子計算機供電。
  • 量子點技術:讓你的窗戶與太陽能電池合二為一
    量子點技術已經徹底改變顯示器應用了，例如廣受喜愛的 Kindle Fire 電子書閱讀器的背光使用了Nanosys公司製造的量子點增強薄膜（QDEF）。如今，研究人員們打算用量子點徹底改造太陽能聚光器。
  • 「快充」還不夠,澳大利亞實踐「秒充」量子電池
    7月20日，量子物理學專家詹姆斯·夸克（James Quach）博士，以訪問學者的身份加入澳大利亞阿德萊德大學，推進量子電池的實用化。夸克博士畢業於墨爾本大學，曾分別在東京大學和墨爾本大學擔任研究員。量子電池是一種理論上具有瞬時充電能力的超級電池，這個概念於2013年首次提出。
  • 「量子電池」即將量產 100%能量轉換率淘汰鋰電池
    近期，又有來自英國、義大利等四國的物理學家在英國物理學會刊物《新物理學》雜誌上提出了「量子電池」的概念，以理論證明了多量子比特相互糾纏而產生的「量子加速」能為充電提供捷徑，充電比傳統鋰電池 更快。今天，我們就量子電池聊聊手機電池技術這些事。
  • 科學家要研發永遠不會沒電的"量子電池"
    加拿大阿爾伯塔大學和多倫多大學的科學家團隊為一種永遠不會沒電的「量子電池」制定了研發計劃。需要明確的是，這種電池目前還不存在，但如果他們找到了製造它的方法，這可能會是能源存儲領域的革命性突破。鋰離子電池，而量子電池僅僅依靠量子力學。」
  • 蘇州大學:一種高效率鈣鈦礦量子點太陽能電池!
    本文研究開發了一種共軛聚合物-量子點雜化本體異質結層，在優化薄膜表面形貌，改善活性層與傳輸層之間的接觸，以及將表面轉變為疏水層方面起重要作用，製備的鈣鈦礦量子點太陽能電池效率處於報導的前列。鈣鈦礦量子點太陽能電池因其光譜帶隙可調性，靈活的組分控制，晶體應變等眾多優點而受到廣泛關注，且能提供探索薄膜太陽能電池中不易實現的一些概念的機會，比如說量子限域，多樣化加工及器件結構，對於量子點活性層來說，常用的有機空穴傳輸層可以對量子點層表面進行合理鈍化，但由於能級順差較大，在溶液製備法中，量子點層和傳輸層對於電荷提取並不理想，尋找一種合適而又簡單的方法來調整兩者對接口以改善電荷收集效率是進一步提高電池效率的有效方法