تقنية جديدة لشحن السيارات الكهربائية في 3 دقائق

أفادت دراسة أمريكية أن الشحن الكمي سيقلل من وقت شحن السيارات الكهربائية من عشر ساعات إلى ثلاث دقائق.

سواء كانت الخلايا الكهروضوئية أو الاندماج، يجب أن تتحول الحضارة الإنسانية عاجلاً أم آجلاً إلى الطاقات المتجددة، حيث يعتبر هذا أمرًا لا مفر منه بالنظر إلى متطلبات الطاقة المتزايدة للإنسانية والطبيعة المحدودة للوقود الأحفوري.

وتم إجراء الكثير من الأبحاث من أجل تطوير مصادر بديلة للطاقة، حيث يستخدم معظمها الكهرباء كمورد رئيسي للطاقة.

كما صاحب البحث والتطوير المكثف في مصادر الطاقة المتجددة تغيرات مجتمعية تدريجية، حيث اعتمد العالم منتجات وأجهزة جديدة تعمل على مصادر الطاقة المتجددة.

ويعد التغيير الأكثر جذبًا للنظر مؤخرًا هو الاعتماد السريع على السيارات الكهربائية، بينما كان من الصعب رؤيتهم على الطرق حتى قبل 10 سنوات ، يتم الآن بيع ملايين السيارات الكهربائية سنويًا.

ويعد سوق السيارات الكهربائية أحد أسرع القطاعات نموًا ، وقد ساعد في دفع إيلون ماسك ليصبح أغنى رجل في العالم.

وأفاد موقع " eurekalert" الأمريكي أنه على عكس السيارات التقليدية التي تستمد الطاقة من احتراق الوقود الهيدروكربوني، تعتمد السيارات الكهربائية على البطاريات كوسيط لتخزين طاقتها.

وكانت للبطاريات كثافة طاقة أقل بكثير من تلك التي توفرها الهيدروكربونات لفترة طويلة، مما أدى إلى نطاقات منخفضة جدًا من المركبات الكهربائية.

ومع ذلك، فإن التحسن التدريجي في تقنيات البطاريات سمح في النهاية بأن تكون نطاقات قيادة السيارات الكهربائية ضمن المستويات المقبولة مقارنة بالسيارات التي تعمل بالبنزين.

وليس من قبيل المبالغة أن التحسين في تقنية تخزين البطاريات كان أحد الاختناقات التقنية الرئيسية التي كان لا بد من حلها من أجل إطلاق ثورة السيارة الكهربائية الحالية.

وعلى الرغم من التحسينات الهائلة في تكنولوجيا البطاريات، يواجه مستهلكو السيارات الكهربائية اليوم صعوبة أخرى، تتمثل في سرعة شحن البطارية البطيئة، حيث تستغرق السيارات حوالي 10 ساعات لإعادة شحنها بالكامل في المنزل.

كما تتطلب حتى أسرع أجهزة الشحن في محطات الشحن ما يصل إلى 20-40 دقيقة لإعادة شحن المركبات بالكامل، وهو ما تسبب في تكاليف إضافية وإزعاج للعملاء.

ولمعالجة هذه المشكلة، بحث العلماء عن إجابات في المجال الغامض لفيزياء الكم. أ

ودى بحثهم إلى اكتشاف أن التقنيات الكمومية قد تعد بآليات جديدة لشحن البطاريات بمعدل أسرع.

وتم اقتراح مفهوم "البطارية الكمية" لأول مرة في ورقة بحثية منشورة بواسطة Alicki و Fannes في عام 2012.

وقد افترض أن الموارد الكمية، مثل التشابك، يمكن استخدامها لتسريع عملية شحن البطارية بشكل كبير عن طريق شحن جميع الخلايا داخل البطارية في وقت واحد بطريقة جماعية.

وهذا مثير بشكل خاص لأن البطاريات الحديثة ذات السعة الكبيرة يمكن أن تحتوي على خلايا عديدة.

وهذا الشحن الجماعي غير ممكن في البطاريات الكلاسيكية، حيث يتم شحن الخلايا بالتوازي بشكل مستقل عن بعضها البعض.

ويمكن قياس ميزة هذا الشحن الجماعي مقابل الشحن المتوازي بنسبة تسمى "ميزة الشحن الكمي".

وليس من الواضح ما إذا كان هذان المصدران ضروريان وما إذا كانت هناك حدود لسرعة الشحن التي يمكن تحقيقها.

وفي الآونة الأخيرة، قام علماء من مركز الفيزياء النظرية للأنظمة المعقدة داخل معهد العلوم الأساسية (IBS) باستكشاف هذه الأسئلة بشكل أكبر.

وأظهرت الورقة، التي تم اختيارها كـ "اقتراح محرر" في مجلة Physical Review Letters ، أن الاقتران الشامل للجميع لا علاقة له بالبطاريات الكمية وأن وجود عمليات عالمية هو العنصر الوحيد في الميزة الكمية.

وذهبت المجموعة إلى أبعد من ذلك لتحديد المصدر الدقيق لهذه الميزة مع استبعاد أي احتمالات أخرى وقدمت طريقة واضحة لتصميم مثل هذه البطاريات.

وتمكنت المجموعة من تحديد مقدار سرعة الشحن بدقة في هذا المخطط. بينما تزداد سرعة الشحن القصوى خطيًا مع عدد الخلايا في البطاريات الكلاسيكية ، أظهرت الدراسة أن البطاريات الكمية التي تستخدم التشغيل العالمي يمكن أن تحقق مقياسًا تربيعيًا في سرعة الشحن.

ولتوضيح ذلك، سننظر في سيارة كهربائية نموذجية ببطارية تحتوي على حوالي 200 خلية، حيث سيؤدي استخدام هذا الشحن الكمي إلى تسريع 200 مرة مقارنة بالبطاريات الكلاسيكية، مما يعني أنه سيتم تقليل وقت الشحن في المنزل من 10 ساعات إلى حوالي 3 دقائق.

وسينخفض ​​وقت الشحن من 30 دقيقة إلى ثوانٍ معدودة في محطات الشحن عالية السرعة.

ويقول الباحثون إن العواقب يمكن أن تكون بعيدة المدى وأن تداعيات الشحن الكمي يمكن أن تتجاوز السيارات الكهربائية والإلكترونيات الاستهلاكية.

وعلى سبيل المثال، قد تجد استخدامات رئيسية في محطات توليد الطاقة الاندماجية المستقبلية، والتي تتطلب كميات كبيرة من الطاقة لشحنها وتفريغها.