量子技術能?提高電池的性能嗎？答案是肯定的。由蘇塞克斯大學的研究人員領導的一個項目正在使用量子傳感器來測量電池行為，期望得到的數據可用于改進電池技術。

該項目已獲得伯明翰大學的合作資源資助、英國量子技術中心傳感器和計時。該項目團隊還包括斯特拉斯克萊德大學和愛丁堡大學作為該財團的一部分。

該項目解決了提高電池能量密度、耐用性和安全性的關鍵需求，從而推動工業革命朝著日益綠色的生態系統發展。為了實現這些和其他綠色目標，在實施環境政策的同時，需要在這些領域進行深入的研究和開發。

在接受 EE Times 采訪時，蘇塞克斯大學實驗物理學研究教授 Peter Kruger 強調了電池似乎是量子電池傳感器的第一個大市場，因為電動汽車需要具有高存儲容量的大型電池組。“這將意味著量子傳感器的第一次重大商業影響，”克魯格說。

電池和量子技術新的電動汽車控制系統，包括再生制動系統、啟動和停止功能以及驅動車輪的電動機，都需要對電氣輸入進行精確測量和控制，以優化性能并避免災難性故障。

這些系統的一個重要部分是?電池?電流測量傳感器，它測量電池充電和放電水平及其健康狀態。有幾種現有技術可以創建用于車輛電池監控的良好電流傳感器。

同時，使用量子計算模擬電池的化學結構使得應用這些算法可以根據各種標準（例如減重、最大密度和電池組裝）再現電池內部的化學成分。這加速了電池組本身的產業化。

蘇塞克斯大學項目該項目的目標是實施量子磁力計技術，以檢查微觀電池電流是否準確流動。通過這種方式，對新電池和現有電池的化學成分的快速評估將加速創造卓越的電池技術，從而促進電氣化。

磁力計是一種帶有單個傳感器的儀器，用于測量磁通量密度。量子磁力計基于亞原子粒子的自旋。每個粒子磁矩與施加場的耦合被量化或限制為由量子力學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 智能手機案例。監控電流可以允許在這些電池故障發生之前采取預防措施。量子傳感器可以通過監測電池的健康狀況和減少最磨損的電池負載來為電池提供某種智能。

“目前的電池監控解決方案主要集中在測量電池兩端的電壓。這很好地指示了電池內剩余的電量，通過在隨后的許多充電/放電循環中測量這些電壓，可以在電池退化時監測充電容量，”克魯格說。

他補充說：“雖然這些測量對于監測電池的健康狀態很有用，但它們并不能告訴我們太多關于電池內部發生了什么的信息。開發中的量子系統可以測量電池產生的磁場，用于推斷流經電池的電流。該系統充當“磁性相機”，能夠窺視電池內部。”

該研究小組的目標是開發不需要基礎設施和最低運行成本的小型、低功耗、便攜式設備，因此適用于經濟生產。

學者們還將與 CDO2、Magnetic Shields Ltd 和 QinetiQ 密切合作以實現他們的目標。Magnetic Shields Ltd 將提供所需的無磁噪聲環境，使傳感器技術能夠以前所未有的靈敏度進行測試。

“大型應用在研究領域，電池制造商可以對不同的化學物質和電池幾何形狀進行基準測試。傳感器可以將診斷信息發送到 EV 的車載計算機，并且可以減少服務間隔，因為不再需要手動檢查。電池農場正在開發為一種可再生能源存儲形式，該技術可用于智能充電系統，以及監測電池的健康狀態，”克魯格說。

目前最大的挑戰集中在提高電池的容量上。“從技術上講，傳感器不僅對來自電池的磁場敏感，而且對所有鐵磁物質都敏感。我們開展的大部分工作是設計傳感器，并研究如何保護它們免受外部磁場的影響。我們必須考慮系統如何能夠過濾掉汽車電動機產生的磁場，或者當汽車每次從另一個方向通過時，大約有一噸金屬通過傳感器時磁場的快速變化。需要建立所有相關組件的完整供應鏈。我們正在通過同時提供產業戰略資金來實現這一目標，”克魯格說。

電池是脫碳的關鍵，但化學和邊界技術都需要改進。鋰離子電池仍然是該領域的黃金標準技術，并且已經走過了漫長的道路。檢查每個電池是一項必須考慮許多因素的操作，例如泄漏和缺陷，這些因素會對整個系統的性能產生不利影響，無論是電動汽車還是簡單的消費設備。

審核編輯 黃昊宇