太阳能充电器的发展历史
人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在两千多年前的战国时期，就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火；利用太阳能来干燥农副产品。发展到现代，太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源利用方式。
据记载，人类利用太阳能已有3000多年的历史。将太阳能作为一种能源和动力加以利用，只有300多年的历史。真正将太阳能作为“近期急需的补充能源”，“未来能源结构的基础”，则是近来的事。20世纪70年代以来，太阳能科技突飞猛进，太阳能利用日新月异。近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师所罗门·德·考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器。在1615年～1900年之间，世界上又研制成多台太阳能动力装置和一些其它太阳能装置。这些动力装置几乎全部采用聚光方式采集阳光，发动机功率不大，工质主要是水蒸汽，价格昂贵，实用价值不大，大部分为太阳能爱好者个人研究制造。20世纪的100年间，太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段。
第一阶段(1900~1920年)
在这一阶段，世界上太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置，但采用的聚光方式多样化，且开始采用平板集热器和低沸点工质，装置逐渐扩大，最大输出功率达73.64kW，实用目的比较明确，造价仍然很高。建造的典型装置有：1901年，在美国加州建成一台太阳能抽水装置，采用截头圆锥聚光器，功率：7.36kW；1902 ~1908年，在美国建造了五套双循环太阳能发动机，采用平板集热器和低沸点工质；1913年，在埃及开罗以南建成一台由5个抛物槽镜组成的太阳能水泵，每个长62.5m，宽4m，总采光面积达1250m2。
第二阶段（1920~1945年）
在这20多年中，太阳能研究工作处于低潮，参加研究工作的人数和研究项目大为减少，其原因与矿物燃料的大量开发利用和发生第二次世界大战（1935~1945年）有关，而太阳能又不能解决当时对能源的急需，因此使太阳能研究工作逐渐受到冷落。
第三阶段（1945~1965年）
在第二次世界大战结束后的20年中，一些有远见的人士已经注意到石油和天然气资源正在迅速减少， 呼吁人们重视这一问题，从而逐渐推动了太阳能研究工作的恢复和开展，并且成立太阳能学术组织，举办学术交流和展览会，再次兴起太阳能研究热潮。 在这一阶段，太阳能研究工作取得一些重大进展，比较突出的有：1945年，美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳电池，为光伏发电大规模应用奠定了基础；1955年，以色列泰伯等在第一次国际太阳热科学会议上提出选择性涂层的基础理论，并研制成实用的黑镍等选择性涂层，为高效集热器的发展创造了条件。此外，在这一阶段里还有其它一些重要成果，比较突出的有： 1952年，法国国家研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为50kW的太阳炉。1960年，在美国佛罗里达建成世界上第一套用平板集热器供热的氨——水吸收式空调系统，制冷能力为5冷吨。1961年，一台带有石英窗的斯特林发动机问世。在这一阶段里，加强了太阳能基础理论和基础材料的研究，取得了如太阳选择性涂层和硅太阳电池等技术上的重大突破。平板集热器有了很大的发展，技术上逐渐成熟。太阳能吸收式空调的研究取得进展，建成一批实验性太阳房。对难度较大的斯特林发动机和塔式太阳能热发电技术进行了初步研究。
第四阶段(1965~1973年）
这一阶段，太阳能的研究工作停滞不前，主要原因是太阳能利用技术处于成长阶段，尚不成熟，并且投资大，效果不理想，难以与常规能源竞争，因而得不到公众、企业和政府的重视和支持。
第五阶段（1973~1980年）
自从石油在世界能源结构中担当主角之后，石油就成了左右经济和决定一个国家生死存亡、发展和衰退的关键因素，1973年10月爆发中东战争，石油输出国组织采取石油减产、提价等办法，支持中东人民的斗争，维护本国的利益。其结果是使那些依靠从中东地区大量进口廉价石油的国家，在经济上遭到沉重打击。 于是，西方一些人惊呼：世界发生了“能源危机”（有的称“石油危机”）。这次“危机”在客观上使人们认识到：现有的能源结构必须彻底改变，应加速向未来能源结构过渡。从而使许多国家，尤其是工业发达国家，重新加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。1973年，美国制定了政府级阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增长，并且成立太阳能开发银行，促进太阳能产品的商业化。日本在1974年公布了政府制定的“阳光计划”，其中太阳能的研究开发项目有：太阳房 、工业太阳能系统、太阳热发电、太阳电池生产系统、分散型和大型光伏发电系统等。为实施这一计划，日本政府投入了大量人力、物力和财力。70年代初世界上出现的开发利用太阳能热潮，对我国也产生了巨大影响。一些有远见的科技人员，纷纷投身太阳能事业，积极向政府有关部门提建议，出书办刊，介绍国际上太阳能利用动态；在农村推广应用太阳灶 ，在城市研制开发太阳能热水器，空间用的太阳电池开始在地面应用……。 1975年，在河南安阳召开“全国第一次太阳能利用工作经验交流大会”，进一步推动了我国太阳能事业的发展。这次会议之后，太阳能研究和推广工作纳入了我国政府计划，获得了专项经费和物资支持。一些大学和科研院所，纷纷设立太阳能课题组和研究室，有的地方开始筹建太阳能研究所。当时，我国也兴起了开发利用太阳能的热潮。 这一时期，太阳能开发利用工作处于前所未有的大发展时期，具有以下特点：
各国加强了太阳能研究工作的计划性，不少国家制定了近期和远期阳光计划。开发利用太阳能成为政府行为，支持力度大大加强。国际间的合作十分活跃，一些第三世界国家开始积极参与太阳能开发利用工作。
研究领域不断扩大，研究工作日益深入，取得一批较大成果，如CPC、真空集热管、非晶硅太阳电池、 光解水制氢、太阳能热发电等。
各国制定的太阳能发展计划，普遍存在要求过高、过急问题，对实施过程中的困难估计不足，希望在较短的时间内取代矿物能源，实现大规模利用太阳能。例如，美国曾计划在1985年建造一座小型太阳能示范卫星电站，1995年建成一座500万kW空间太阳能电站。事实上，这一计划后来进行了调整，至今空间太阳能电站还未升空。
太阳热水器、太阳电池等产品开始实现商业化，太阳能产业初步建立，但规模较小，经济效益尚不理想。
第六阶段（1980~1992年）
70年代兴起的开发利用太阳能热潮，进入80年代后不久开始落潮，逐渐进入低谷。世界上许多国家相继大幅度削减太阳能研究经费，其中美国最为突出。导致这种现象的主要原因是：世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力；太阳能技术没有重大突破，提高效率和降低成本的目标没有实现，以致动摇了一些人开发利用太阳能的信心；核电发展较快，对太阳能的发展起到了一定的抑制作用。 受80年代国际上太阳能低落的影响，我国太阳能研究工作也受到一定程度的削弱，有人甚至提出：太阳能利用投资大、效果差、贮能难、占地广，认为太阳能是未来能源，主张外国研究成功后我国引进技术。虽然，持这种观点的人是少数，但十分有害，对我国太阳能事业的发展造成不良影响。这一阶段，虽然太阳能开发研究经费大幅度削减，但研究工作并未中断，有的项目还进展较大，而且促使 人们认真地去审视以往的计划和制定的目标，调整研究工作重点，争取以较少的投入取得较大的成果。
第七阶段（1992年~至今）
由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁。在这样背景下，1992年联合国在巴西召开“世界环境与发展大会”，会议通过了《里约热内卢环境与发展宣言》， 《21世纪议程》和《联合国气候变化框架公约》等一系列重要文件，把环境与发展纳入统一的框架，确立了 可持续发展的模式。这次会议之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能与环境保护结合在 一起，使太阳能利用工作走出低谷，逐渐得到加强。世界环发大会之后，我国政府对环境与发展十分重视，提出10条对策和措施，明确要“因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等清洁能源”，制定了《中国21世纪议程》，进一步明确 了太阳能重点发展项目。1995年国家计委、国家科委和国家经贸委制定了《新能源和可再生能源发展纲要》 （1996 ~ 2010年），明确提出我国在1996-2010年新能源和可再生能源的发展目标、任务以及相应的对策和措施 。这些文件的制定和实施，对进一步推动我国太阳能事业发挥了重要作用。 1996年，联合国在津巴布韦召开“世界太阳能高峰会议”，会后发表了《哈拉雷太阳能与持续发展宣言 》，会上讨论了《世界太阳能10年行动计划》（1996 ~ 2005年），《国际太阳能公约》，《世界太阳能战略规划》等重要文件。这次会议进一步表明了联合国和世界各国对开发太阳能的坚定决心，要求全球共同行动 ，广泛利用太阳能。1992年以后，世界太阳能利用又进入一个发展期，其特点是：太阳能利用与世界可持续发展和环境保护紧密结合，全球共同行动，为实现世界太阳能发展战略而努力；太阳能发展目标明确，重点突出，措施得力，有利于克服以往忽冷忽热、过热过急的弊端，保证太阳能事业的长期发展；在加大太阳能研究开发力度的同时，注意科技成果转化为生产力，发展太阳能产业，加速商业化进程，扩大太阳能利用领域和规模，经济效益逐渐提高；国际太阳能领域的合作空前活跃，规模扩大，效果明显。通过以上回顾可知，在本世纪100年间太阳能发展道路并不平坦，一般每次高潮期后都会出现低潮期，处于低潮的时间大约有45年。太阳能利用的发展历程与煤、石油、核能完全不同，人们对其认识差别大，反复多，发展时间长。这一方面说明太阳能开发难度大，短时间内很难实现大规模利用；另一方面也说明太阳能利用还受矿物能源供应，政治和战争等因素的影响，发展道路比较曲折。尽管如此，从总体来看，20世纪取得的太阳能科技进步仍比以往任何一个世纪都大。
锂离子在过充的情况下不是唯一的安全隐患。铅和镍基电池在不当操作时会融化并起火。在所有的电池设备中，正确地设计充电设备至关重要。结论充电锂离子电池比镍基电池更简单和直接。充电回路相对简单。电压和电流限制比分析复杂的异常情况更容易导致电池寿命的改变。可以间歇充电和充电不需要达到饱和，通常会产生铅酸。这对于可再生能源，如太阳能电池板和风力涡轮发电是一个重要的优势。如果没有涓流充电我们可以使用简化的充电器。而对于铅酸电池平衡充电器，对锂离子并不是必须的。小贴士使用锂电池的实用指南：充电时设备应该关闭，这使得电池达到阈值电压时不受阻碍，达到低饱和电流。一种寄生负载混淆充电器。充电时温度应适中，不低于摄氏度（锂电池不应该充电完全，部分充满为佳。因充电器的不同，并不是所有的充电器指示充电完成时达到了全充满，也并不是所有的快充会使得运行时间减小。如果电池变得比较热，停止使用充电器或电池。长时间不用，存放之前，应给电池充一定的电量（是较为理想的）。充电过程简述：快速充电：(- )这个阶段中，电池能够快速的充到总电量的，但仍需要进行连续式充电才能完成充满。（电流较强，速度较快）。连续式充电/完成充电：在电池即将充满的状态下，充电电流会逐渐减小，确保电池完成充满。(电流减弱，放缓慢充）。
常规的充电方式。
这种充电方式是采用恒压、恒流的传统充电方式对电动汽车进行充电。这种方式的充电电流十分有限，只有大约15A左右。通常情况下充电时间比较久。相应的充电器的工作和安装成本比较低，简单易操作。这种长点方式普遍用在电动汽车家用充电设备和小型充电站上。
新能源
一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括太阳能、生物质能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能，以及海洋表面与深层之间的热循环等。
此外，还有氢能、沼气、酒精、甲醇等，而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气、水能 等能源，称为常规能源。随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国的重视。
清洁能源包括：太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能、水电、核能、新能源汽车、生物质能、天然气水合物等。
太阳能的应用非常广泛，可分为三大类：
太阳热利用，太阳能光伏发电，太阳能光化学。
太阳能的热利用方式有很多，比如，太阳房，太阳能干燥，太阳能除湿，太阳能空调系统，太阳光聚热发电，太阳能海水淡化等，最典型的应用就是太阳能热水器；
太阳能光伏，就是利用太阳能电池，直接把太阳能转换成电能。 太阳能光伏发电系统，太阳能充电器，太阳能路灯，太阳能汽车，......
太阳能光化学，模仿树叶合成有机物。
财联社（上海，编辑 黄君芝）讯， 无论是光伏还是核聚变，人类文明迟早都必须转向可再生能源。考虑到人类日益增长的能源需求和化石燃料的有限性，这是不可避免的。因此，科学家为开发替代能源进行了大量的研究，其中大多数利用电力作为主要的能源载体。
随着可再生能源的广泛研发， 社会 发生了逐渐的变化，世界采用了以可再生能源为基础的新产品和设备。最显著的变化就是电动 汽车 的迅速普及，现在每年都有数百万辆电动 汽车 售出。电动 汽车 市场是增长最快的行业之一，这也帮助埃隆·马斯克（Elon Musk）成为世界上最富有的人。
与从碳氢化合物燃料燃烧中获取能量的传统 汽车 不同，电动 汽车 依靠电池作为其能量的存储介质。在很长一段时间里，电池的能量密度远低于碳氢化合物，这导致早期电动 汽车 行驶里程很低。但随着电池技术的逐步改进，这一障碍已被突破。
然而，另一方面，今天电动 汽车 的消费者又面临着另一个困难——电池充电速度慢。目前， 汽车 需要大约10个小时才能完全充电，即使是充电站的超级充电器也需要长达20-40分钟才能为车辆完全充电。这给客户带来了额外的成本和不便。
为了解决这个问题，科学家们在量子物理学的神秘领域中寻找答案。他们的研究发现，量子技术可能会带来以更快速度给电池充电的新机制。这种“量子电池”的概念在2012年由Alicki和Fannes发表的一篇开创性论文中首次提出。理论上，量子资源，如纠缠，可以通过集体的方式同时给电池内的所有电池充电，从而大大加快电池的充电过程。
根据之前的研究，量子技术可以加快电池充电的速度，而且其充电优势可能是由2方面因素带来的：“全局操作”（电池可以与其他电池发生电连接）和“全耦合”（每个电池只能与另一个电池发生电连接，而不能同时与2个或多个）。但此前科学家还不清楚这2个因素是否都是必要的。
最近，来自基础科学研究所（IBS）复杂系统理论物理中心的科学家们进一步探讨了这些问题。一项发表于《物理评论快报》的研究指出，在量子电池中，“全耦合”是不相关因素，而“全局操作”是其唯一的充电优势来源。IBS是韩国政府出资开展基础科学研究和相关纯基础研究的研究机构。
研究人员发现采取“全局操作”的量子充电方案后，充电速度与电池数量之间呈二次函数关系，而不再是传统充电方式下的线性关系。因此，对于一款内置约200组电池的经典电动 汽车 ，新的量子充电方式有望使充电速度提高约200倍，充电效率可从10小时缩短至3分钟左右。在高速充电站，充电时间将从30分钟缩短到短短几秒。
研究人员表示，研究结果可能是深远的，量子充电的影响可能远远超出电动 汽车 和消费电子产品。例如，它可能在未来的聚变发电厂找到关键用途，这些发电厂需要在瞬间充电和排放大量的能量。
当然，量子技术仍处于起步阶段，要实现这些方法的实际应用还有很长的路要走。然而，诸如此类的研究发现创造了一个有前途的方向，并可以激励资助机构和企业进一步投资于这些技术。科学家们相信，如果量子电池得以应用，它将彻底改变我们使用能源的方式，使我们离可持续发展的未来更近一步。
量子充电被提出，汽车充电或只需几秒
量子充电被提出，汽车充电或只需几秒，新研究发现，量子技术有望掀开以更快速度为电池充电的新篇章。新量子充电方案有望带来 200 倍的充电速度提升，量子充电被提出，汽车充电或只需几秒。
量子充电被提出，汽车充电或只需几秒1无论是光伏还是核聚变，人类文明迟早转向可再生能源。考虑到人类不断增长的能源需求和化石燃料的有限性，这是不可避免的。因此，为了开发替代能源，人们已经进行了大量的研究，其中大部分利用电力作为主要的能源载体。
伴随着可再生能源的广泛研发，社会也逐渐发生了变化，更多以可再生能源运行的新产品和设备被采用。最近最引人注目的变化是电动汽车的迅速采用。甚至在 10 年前，道路上几乎看不到电动汽车，而现在每年有数百万辆电动汽车被售出。电动汽车市场是增长最迅速的行业之一，它也推动埃隆 - 马斯克成为世界上最富有的人。
然而，电动汽车的电池存储技术是必须解决的主要技术瓶颈之一。
尽管电池技术有了巨大的改进，今天，电动汽车的消费者面临着另一个困难——电池充电速度慢。目前，汽车需要大约 10 个小时才能完全充电，即使是充电站的超级充电器也需要长达 20-40 分钟才能为车辆完全充电。这给客户带来了额外的成本和不便。
为了解决这个问题，科学家在神秘的量子物理学领域寻找答案。他们的探索导致发现，量子技术可能以更快的速度为电池充电。科学家 Alicki 和 Fannes 在 2012 年发表的一篇开创性论文中首次提出了这种 " 量子电池 " 的概念。理论上，量子资源，如纠缠，可以通过以集体方式同时对电池内的所有电池进行充电来大大加快电池的充电过程。
这尤其令人振奋。这种集体充电在传统电池中是不可能的，因为在传统电池中，电池是彼此独立地平行充电的。这种集体充电与平行充电的优势可以通过称为 " 量子充电优势 " 的比率来衡量。
后来，大约在 2017 年，人们注意到这种量子优势背后可能有两个来源，即 " 全局操作 "（所有的细胞同时与其他所有的细胞交谈，即 " 所有的人坐在一张桌子上 "）和 " 全耦合 "（每个细胞可以与其他每个细胞交谈，即 " 许多讨论，但每个讨论只有两个参与者 "）。然而，目前还不清楚这两个来源是否是必要的，以及可以实现的充电速度是否有任何限制。
最近，基础科学研究所（IBS）内的科学家们进一步探索了这些问题。研究论文表明，在量子电池中用全耦合是不合适的，而全局操作的存在是量子领域的优势。该小组进一步指出了这种优势的确切来源，同时排除了其他可能性，甚至提供了设计这种电池的明确方法。
此外，该小组还能够精确地量化在这种方案中可以实现多少充电速度。虽然最大充电速度随着经典电池中电池数量的增加而线性增长，但研究表明，采用全局操作的量子电池可以实现充电速度的二次扩展。
为了说明这一点，科学家拿典型的电动汽车为例，其电池包含约 200 个单元。采用这种量子充电将使充电速度快 200 倍，这意味着在家里的充电时间将从 10 小时缩短到约 3 分钟。在高速充电站，充电时间将从 30 分钟缩短到仅仅几秒钟。
研究人员说，量子充电的影响远远超出电动汽车和消费电子产品。例如，它可能在未来的聚变电站中找到关键用途，因为聚变电站需要在瞬间充放电的大量能量。当然，量子技术仍然处于起步阶段，在这些方法能够在实践中实施之前，还有很长的路要走。
然而，像这样的研究结果创造了一个有希望的方向，可以激励投资机构和企业进一步投资于这些技术。如果被采用，相信量子电池将彻底改变人们使用能源的方式，并向可持续发展的未来迈进。
该研究论文题为 "Quantum Charging Advantage Cannot Be Extensive Without Global Operations"，已发表在《物理评论快报》期刊上。
量子充电被提出，汽车充电或只需几秒2考虑到需求的不断增长、以及化石燃料的有限性，无论是光伏还是聚变能源，人类文明终将在某个时刻转向主要依靠可再生能源的未来。目前业界普遍选择的，是基于电池储能的`新能源汽车方案。不过最影响此类交通工具普及的，就是续航焦虑和充电等待时间太长。好消息是，在 3 月 21 日发表于《物理评论快报》的一篇文章中，已有研究人员介绍了可让充电加速 200 倍的新路线。
当前超充成本高不可攀，且仍需 20~40 分钟才能充满。
韩国基础科学研究所（IBS）的研究人员表示：未来量子电池技术有望让 EV 充电加速 200 倍，家充从 10 小时缩短至 3 分钟左右、充电站更是可从 30 分钟缩短至 9 秒！
具体说来是，IBS 科学家们将目光放到了神秘的量子物理学领域。新研究发现，量子技术有望掀开以更快速度为电池充电的新篇章。
其实早在 2012 年发表的一篇开创性论文中，Alicki 和 Fannes 就已经提出过所谓的‘量子电池’概念。 当前的大容量电动汽车，已经在内部集成了大量的电池。但在经典方案中，每一组电池都是彼此相对独立地在那充电的。 但若能够利用纠缠等量子特性，便可让电池产生集体（并发）行为、以极大地加速电池的充电过程。
基于此，研究人员提出了所谓的“量子充电优势”作为衡量标准。后来到 2017 年的时候，人们开始注意到其背后有两个可能的来源。
其一是“全局操作”，即所有电芯同时与所有其它电芯沟通（坐在同一张桌子旁），另一种则是 all-to-all 耦合（每个电芯都能够与另一个沟通，且同时仅限这一对）。
最近，BIS 复杂系统理论物理中心的科学家们，在《Quantum Charging Advantage Cannot Be Extensive Without Global Operations》一文中进一步探索了上述问题。
《物理评论快报》（PDF）编辑指出，该论文表明，all-to-all 耦合在量子电池系统中是无关紧要的、全局操作才是其量子优势的唯一存在因素。
研究团队进一步查明了这种优势的确切来源、同时排除了任何其它可能性，甚至提供了一种设计此类电池的明确方法。
此外为了精确量化该方案能够实现多快的充电速率，尽管最大充电速度会随着电池数量而线性增长，但研究表明 —— 采用全局操作的“量子电池”方案，可实现充电速度的“二次缩放”（Quadratic Scaling）。
以某款内置了大约 200 组电池的经典电动汽车为例，新量子充电方案有望带来 200 倍的充电速度提升，意味着家充效率可从10 小时锐减至大约 3 分钟、而高速充电桩更是可从 30 分钟减少至仅几秒钟。
当然，这项技术的理论仍处于早期起步阶段，距离实际投入使用还有很长一段路要走。即便如此，它还是有望在核聚变发电等领域发挥极其深远的影响，因其需要在产生大量能量的瞬间实现充放电。
量子充电被提出，汽车充电或只需几秒3随着电动车的普及，越来越多的消费者开始为充电而烦恼。
就当前市面上的电动汽车而言，在家中充电桩充满电，大约需要 10 个小时。即使是前往专用的快速充电站，最快也需要 20-40 分钟才能为一辆车充满电。显然，充电的不便，也让很多潜在消费者望电车止步。
那么，有没有新的技术突破，来提高电车充电速度呢？
最近，基础科学研究所（IBS）复杂系统理论物理中心的科学家们给出了一个全新的技术解决方案——量子充电技术。使用量子充电技术，可将传统的电动汽车充电过程加速 200 倍，这意味着充电时间将从 10 小时缩短到大约 3 分钟（在家里），或在充电站从 30 分钟缩短到 9 秒。
电动车的火热与挑战
无论是光伏还是核能，人类文明迟早都必须转向可再生能源。考虑到人类不断增长的能源需求和化石燃料的有限性，可再生能源的这一趋势被认为是不可避免的。
因此，为了开发替代能源，科学家们进行了大量研究，其中大部分都是将电力作为主要能源载体。而随着可再生能源的广泛开发，基于可再生能源的新产品和设备也得到了快速发展。最显著的变化，就是电动汽车的迅速普及。
虽然 10 年前在公路上大家几乎看不到电动汽车，但现在，每年数百万辆电动汽车进入千家万户。电动汽车市场成为增长最快的新能源行业之一，马斯克也成为了世界上最富有的人之一。
与从碳氢化合物燃料的燃烧中获取能量的传统汽车不同，电动汽车依靠电池作为其能量的存储介质。但是，长期以来，电池的能量密度远低于碳氢化合物，这导致早期电动汽车的续航里程非常低。
不过，电池技术的逐步改进，最终使电动汽车的行驶里程与燃油汽车相比处于可接受的水平。毫不夸张地说，电池存储技术的改进是推动当前电动汽车革命必须解决的主要技术瓶颈之一。
然而，尽管电池技术取得了巨大进步，但如今的电动汽车消费者仍然面临着另一个难题——电池充电速度缓慢。
量子充电技术
为了解决这个问题，科学家们开始在神秘的量子物理学领域寻找答案。
研究人员发现，量子技术可能会带来为电池以更快速度充电的新机制。这种“量子电池”的概念最早是在 2012 年发表的一篇开创性论文中提出。
理论上，量子资源（quantum resource）可以通过为电池内部单元集体同时充电的方式进行充电，从而大大加快电池充电过程。这一发现尤其令人兴奋。
后来，在 2017 年左右，人们注意到这种量子优势背后可能有两个可能的实现途径——即“global operation”（所有充电单元同时与所有其他单元面对面，即“都坐在一张桌子上”）和all-to-all coupling（每个充电单元都可以相互面对面，即“每个单元只有两个参与者”）。
但是，尚不清楚这两种可能是否都是必要的，以及可以达到的充电速度是否有任何限制。
在最新发表的研究中，科学家们进一步探索了这些问题。这篇发表在《物理评论快报》杂志的论文表明，all-to-all coupling 在量子电池中是无关紧要的，global operation 的存在是量子优势的唯一因素。
该小组进一步查明了这种优势的确切来源，同时排除了任何其他可能性，甚至提供了一种设计这种电池的明确方法。
此外，该小组精确量化了在该方案中可以实现多快的充电速度。虽然最大充电速度随着经典电池的电池数量线性增加，但研究表明，采用 global operation 的量子电池可以实现充电速度的指数增加。
图 | 当前的电动汽车，与基于量子电池技术的未来汽车对比图示
为了说明这一点，研究人员假设一个传统的电动汽车，其电池包含大约 200 个电池单元。使用这种量子充电技术，充电速度将比传统电池加速 200 倍，这意味着在家充电时间将从 10 小时减少到大约 3 分钟。而通过快速充电站，充电时间将从 30 分钟缩短到几秒钟。
研究人员表示，这一技术方案的影响可能是深远的，量子充电的实现，可能远远超出电动汽车和消费电子产品领域。例如，它可能会在未来的核能发电厂中找到关键用途，因为这里需要大量的能量以实现瞬间充电和放电。
当然，量子技术仍处于起步阶段，要在实践中实施这些方法还有很长的路要走。
然而，诸如此类的研究结果开辟了一个有希望的方向，并可以激励资助机构和企业进一步投资于这些技术。如果实现，相信量子电池将彻底改变我们使用能源的方式，并使我们更接近可持续未来。
