เทคโนโลยีใหม่เพื่อเพิ่มความเร็วในการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า

ซึ่งแตกต่างจากรถยนต์ทั่วไปซึ่งได้พลังงานจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน รถยนต์ไฟฟ้าอาศัยแบตเตอรี่เป็นสื่อเก็บพลังงาน เป็นเวลานานแล้วที่แบตเตอรี่มีความหนาแน่นของพลังงานต่ำกว่าแบตเตอรี่ไฮโดรคาร์บอนมาก ซึ่งส่งผลให้รถยนต์ไฟฟ้าในยุคแรกๆ มีระยะการใช้งานที่ต่ำมาก อย่างไรก็ตาม การปรับปรุงเทคโนโลยีแบตเตอรี่อย่างค่อยเป็นค่อยไปในที่สุดทำให้ระยะขับเคลื่อนของรถยนต์ไฟฟ้าอยู่ในระดับที่ยอมรับได้เมื่อเปรียบเทียบกับรถยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซิน ไม่ต้องพูดเกินจริงว่าการปรับปรุงเทคโนโลยีการจัดเก็บแบตเตอรี่เป็นหนึ่งในปัญหาคอขวดทางเทคนิคหลักที่ต้องแก้ไขเพื่อเริ่มต้นการปฏิวัติรถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม แม้ว่าเทคโนโลยีแบตเตอรี่จะพัฒนาไปมาก แต่ผู้บริโภครถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบันก็ประสบปัญหาอีกอย่างหนึ่ง นั่นคือ ความเร็วในการชาร์จแบตเตอรี่ที่ช้า ปัจจุบันรถยนต์ใช้เวลาประมาณ 10 ชั่วโมงในการชาร์จไฟที่บ้านให้เต็ม แม้แต่ซุปเปอร์ชาร์จเจอร์ที่เร็วที่สุดในสถานีชาร์จก็ต้องใช้เวลาถึง 20-40 นาทีในการชาร์จยานพาหนะให้เต็ม สิ่งนี้สร้างต้นทุนเพิ่มเติมและความไม่สะดวกให้กับลูกค้า เพื่อแก้ไขปัญหานี้ นักวิทยาศาสตร์ค้นหาคำตอบในสาขาลึกลับของฟิสิกส์ควอนตัม การค้นหาของพวกเขานำไปสู่การค้นพบว่าเทคโนโลยีควอนตัมอาจสัญญากับกลไกใหม่ในการชาร์จแบตเตอรี่ในอัตราที่เร็วขึ้น แนวคิดดังกล่าวของ "แบตเตอรี่ควอนตัม" ได้รับการเสนอครั้งแรกในรายงานผลงานวิจัยที่ตีพิมพ์โดย Alicki และ Fannes ในปี 2012 มีการตั้งทฤษฎีว่าทรัพยากรควอนตัม เช่น สิ่งกีดขวาง สามารถนำมาใช้เพื่อเร่งกระบวนการชาร์จแบตเตอรี่ได้อย่างมากโดยการชาร์จเซลล์ทั้งหมดภายใน แบตเตอรี่พร้อมกันในลักษณะรวม สิ่งนี้น่าตื่นเต้นเป็นพิเศษเนื่องจากแบตเตอรี่ความจุสูงสมัยใหม่สามารถบรรจุเซลล์จำนวนมากได้ การชาร์จแบบรวมดังกล่าวไม่สามารถทำได้ในแบตเตอรี่แบบดั้งเดิม ซึ่งเซลล์จะถูกชาร์จแบบขนานโดยอิสระจากกัน ข้อดีของการชาร์จแบบรวมกับการชาร์จแบบขนานสามารถวัดได้ด้วยอัตราส่วนที่เรียกว่า 'ข้อได้เปรียบของการชาร์จแบบควอนตัม' ต่อมาประมาณปี พ.ศ. 2560 พบว่ามีแหล่งที่มาที่เป็นไปได้ 2 แหล่งที่อยู่เบื้องหลังความได้เปรียบเชิงควอนตัมนี้ นั่นคือ 'การดำเนินการทั่วโลก' (ซึ่งเซลล์ทั้งหมดพูดคุยกับเซลล์อื่นๆ ทั้งหมดพร้อมกัน เช่น "ทุกคนนั่งที่โต๊ะเดียว") และ 'all-to-all coupling' (ทุกเซลล์สามารถพูดคุยกันได้ แต่จะมีเซลล์เดียว กล่าวคือ "การอภิปรายจำนวนมาก แต่ทุกการอภิปรายมีผู้เข้าร่วมเพียงสองคน") อย่างไรก็ตาม, เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์จากศูนย์ฟิสิกส์เชิงทฤษฎีของระบบเชิงซ้อนภายในสถาบันวิทยาศาสตร์พื้นฐาน (IBS) ได้สำรวจคำถามเหล่านี้เพิ่มเติม กระดาษซึ่งได้รับเลือกให้เป็น "ข้อเสนอแนะของบรรณาธิการ" ในวารสารPhysical Review Lettersแสดงให้เห็นว่าการมีเพศสัมพันธ์แบบ all-to-all ไม่เกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่ควอนตัม และการมีอยู่ของการดำเนินงานทั่วโลกเป็นเพียงองค์ประกอบเดียวในข้อได้เปรียบทางควอนตัม กลุ่มดำเนินการต่อไปเพื่อระบุแหล่งที่มาที่แท้จริงของข้อได้เปรียบนี้ ในขณะที่พิจารณาถึงความเป็นไปได้อื่นๆ และแม้กระทั่งให้แนวทางที่ชัดเจนในการออกแบบแบตเตอรี่ดังกล่าว นอกจากนี้ กลุ่มยังสามารถระบุปริมาณความเร็วในการชาร์จได้อย่างแม่นยำในโครงการนี้ ในขณะที่ความเร็วในการชาร์จสูงสุดเพิ่มขึ้นตามจำนวนเซลล์ในแบตเตอรี่แบบคลาสสิก การศึกษาแสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่ควอนตัมที่ใช้การทำงานทั่วโลกสามารถเพิ่มความเร็วในการชาร์จแบบกำลังสองได้ เพื่อแสดงให้เห็นสิ่งนี้ เราจะพิจารณารถยนต์ไฟฟ้าทั่วไปที่มีแบตเตอรี่ที่มีเซลล์ประมาณ 200 เซลล์ การใช้การชาร์จแบบควอนตัมนี้จะทำให้แบตเตอรี่เร็วขึ้น 200 เท่า ซึ่งหมายความว่าเวลาในการชาร์จที่บ้านจะลดลงจาก 10 ชั่วโมงเหลือประมาณ 3 นาที ที่สถานีชาร์จความเร็วสูง เวลาในการชาร์จจะลดลงจาก 30 นาทีเหลือเพียงไม่กี่วินาที นักวิจัยกล่าวว่าผลที่ตามมาอาจกว้างไกลและความหมายของการชาร์จแบบควอนตัมสามารถไปไกลกว่ารถยนต์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ตัวอย่างเช่น อาจพบการใช้งานหลักในโรงไฟฟ้าฟิวชันในอนาคต ซึ่งต้องการพลังงานจำนวนมากในการชาร์จและคายประจุในทันที แน่นอนว่าเทคโนโลยีควอนตัมยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นและยังมีหนทางอีกยาวไกลก่อนที่จะนำวิธีการเหล่านี้ไปใช้จริง อย่างไรก็ตาม ผลการวิจัยเช่นนี้สร้างทิศทางที่มีแนวโน้มและสามารถจูงใจหน่วยงานจัดหาทุนและธุรกิจให้ลงทุนในเทคโนโลยีเหล่านี้เพิ่มเติม หากนำมาใช้ เชื่อกันว่าแบตเตอรี่ควอนตัมจะปฏิวัติวิธีที่เราใช้พลังงานอย่างสมบูรณ์ และพาเราเข้าใกล้อนาคตที่ยั่งยืนไปอีกขั้น