使用量子传感器提高电池性能

量子技术能 提高电池的性能吗？答案是肯定的。由苏塞克斯大学的研究人员领导的一个项目正在使用量子传感器来测量电池行为，期望得到的数据可用于改进电池技术。

该项目已获得伯明翰大学的合作资源资助、英国量子技术中心传感器和计时。该项目团队还包括斯特拉斯克莱德大学和爱丁堡大学作为该财团的一部分。

该项目解决了提高电池能量密度、耐用性和安全性的关键需求，从而推动工业革命朝着日益绿色的生态系统发展。为了实现这些和其他绿色目标，在实施环境政策的同时，需要在这些领域进行深入的研究和开发。

在接受 EE Times 采访时，苏塞克斯大学实验物理学研究教授 Peter Kruger 强调了电池似乎是量子电池传感器的第一个大市场，因为电动汽车需要具有高存储容量的大型电池组。“这将意味着量子传感器的第一次重大商业影响，”克鲁格说。

电池和量子技术新的电动汽车控制系统，包括再生制动系统、启动和停止功能以及驱动车轮的电动机，都需要对电气输入进行精确测量和控制，以优化性能并避免灾难性故障。

这些系统的一个重要部分是 电池 电流测量传感器，它测量电池充电和放电水平及其健康状态。有几种现有技术可以创建用于车辆电池监控的良好电流传感器。

同时，使用量子计算模拟电池的化学结构使得应用这些算法可以根据各种标准（例如减重、最大密度和电池组装）再现电池内部的化学成分。这加速了电池组本身的产业化。

苏塞克斯大学项目该项目的目标是实施量子磁力计技术，以检查微观电池电流是否准确流动。通过这种方式，对新电池和现有电池的化学成分的快速评估将加速创造卓越的电池技术，从而促进电气化。

磁力计是一种带有单个传感器的仪器，用于测量磁通量密度。量子磁力计基于亚原子粒子的自旋。每个粒子磁矩与施加场的耦合被量化或限制为由量子力学定律确定的一组离散值。

克鲁格指出，近年来有很多锂电池故障案例登上了头条，比如三星的 Galaxy Note 7 智能手机案例。监控电流可以允许在这些电池故障发生之前采取预防措施。量子传感器可以通过监测电池的健康状况和减少最磨损的电池负载来为电池提供某种智能。

“目前的电池监控解决方案主要集中在测量电池两端的电压。这很好地指示了电池内剩余的电量，通过在随后的许多充电/放电循环中测量这些电压，可以在电池退化时监测充电容量，”克鲁格说。

他补充说：“虽然这些测量对于监测电池的健康状态很有用，但它们并不能告诉我们太多关于电池内部发生了什么的信息。开发中的量子系统可以测量电池产生的磁场，用于推断流经电池的电流。该系统充当“磁性相机”，能够窥视电池内部。”

该研究小组的目标是开发不需要基础设施和最低运行成本的小型、低功耗、便携式设备，因此适用于经济生产。

学者们还将与 CDO2、Magnetic Shields Ltd 和 QinetiQ 密切合作以实现他们的目标。Magnetic Shields Ltd 将提供所需的无磁噪声环境，使传感器技术能够以前所未有的灵敏度进行测试。

“大型应用在研究领域，电池制造商可以对不同的化学物质和电池几何形状进行基准测试。传感器可以将诊断信息发送到 EV 的车载计算机，并且可以减少服务间隔，因为不再需要手动检查。电池农场正在开发为一种可再生能源存储形式，该技术可用于智能充电系统，以及监测电池的健康状态，”克鲁格说。

目前最大的挑战集中在提高电池的容量上。“从技术上讲，传感器不仅对来自电池的磁场敏感，而且对所有铁磁物质都敏感。我们开展的大部分工作是设计传感器，并研究如何保护它们免受外部磁场的影响。我们必须考虑系统如何能够过滤掉汽车电动机产生的磁场，或者当汽车每次从另一个方向通过时，大约有一吨金属通过传感器时磁场的快速变化。需要建立所有相关组件的完整供应链。我们正在通过同时提供产业战略资金来实现这一目标，”克鲁格说。

电池是脱碳的关键，但化学和边界技术都需要改进。锂离子电池仍然是该领域的黄金标准技术，并且已经走过了漫长的道路。检查每个电池是一项必须考虑许多因素的操作，例如泄漏和缺陷，这些因素会对整个系统的性能产生不利影响，无论是电动汽车还是简单的消费设备。

审核编辑 黄昊宇