الشحن الكمومي للبطاريات الكهربائية

البطاريات الكمومية، هي تقنية غريبة يمكنها توفير طاقة فورية، ومن خلال الاستفادة من خاصية غريبة لميكانيكا الكم تسمى التشابك يمكن للبطاريات الكمومية إعادة الشحن نظريًا في ومضة، إذ تم إحراز تقدم نحو جعلها حقيقة واقعة.

الشحن الكمومي للبطاريات الكهربائية

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، وعلى هذا النحو تم إجراء الكثير من الأبحاث من أجل تطوير مصادر بديلة للطاقة، والتي يستخدم معظمها الكهرباء كحامل رئيسي للطاقة.

لقد صاحب البحث والتطوير المكثف في مصادر الطاقة المتجددة تغييرات مجتمعية تدريجية، حيث اعتمد العالم منتجات وأجهزة جديدة تعمل على مصادر الطاقة المتجددة، إذ أن التغيير الأكثر لفتًا للنظر مؤخرًا هو الاعتماد السريع للسيارات الكهربائية، بينما كان من الصعب رؤيتهم على الطرق حتى قبل 10 سنوات، إذ يتم الآن بيع ملايين السيارات الكهربائية سنويًا، ويعد سوق السيارات الكهربائية أحد أسرع القطاعات نموًا.

على عكس السيارات التقليدية التي تستمد الطاقة من احتراق الوقود الهيدروكربوني تعتمد السيارات الكهربائية على البطاريات كوسيط لتخزين طاقتها، حيث أنه لفترة طويلة كانت للبطاريات كثافة طاقة أقل بكثير من تلك التي توفرها الهيدروكربونات؛ مما أدى إلى نطاقات منخفضة جدًا من المركبات الكهربائية المبكرة.

• كيف يعمل الشحن الكمي: يخزن الجهاز المعروف باسم بطارية الكم طاقة الفوتونات الممتصة ويمكن شحنها ببساطة عن طريق تسليط الضوء عليها، حيث يمكن أيضًا للألواح الشمسية التي يمكن أن تستخدم تقنية مماثلة لالتقاط طاقة الشمس أسرع كثيرًا.

• كم من الوقت يستغرق شحن بطارية الكم: اقترح باحثون من المعهد الكوري للعلوم الأساسية (IBS) أثناء التجارب أن الشحن الكمي لبطاريات EV سيقلل وقت الشحن من عشر ساعات إلى ثلاث دقائق في المنزل.

ومع ذلك، فإن التحديث التدريجي في تكنولوجيا صنع البطاريات عمل في النهاية بأن تكون نطاقات قيادة السيارات الكهربائية في قائمة المستويات الجيدة مقارنة بالسيارات التي تتحرك بالبنزين، ليس من قبيل المبالغة، لكن التحديث في تقنية تخزين البطاريات كان أحد الاختناقات التقنية الرئيسية التي كان لا بد من حلها من أجل إطلاق ثورة السيارة الكهربائية الحالية.

ومع ذلك، وعلى الرغم من التحديثات الكبيرة في تكنولوجيا البطاريات يواجه مستهلكو السيارات الكهربائية اليوم صعوبة أخرى في سرعة شحن البطارية البطيئة، وفي الوقت الحالي تستهلك السيارات حوالي 10 ساعات لإعادة الشحن بالكامل في المنزل، حتى أسرع أجهزة الشحن في محطات الشحن تحتاج ما يصل إلى 20-40 دقيقة لإعادة شحن المركبات بالكامل، وهذا يخلق تكاليف إضافية وإزعاج للعملاء.

ميزات الشحن الكمومي

• إن الشحن الكمي سيقلل وقت شحن السيارات الكهربائية من عشر ساعات إلى ثلاث دقائق، فلمعالجة هذه المشكلة بحث العلماء عن إجابات في المجال الغامض لفيزياء الكم، حيث أدى بحثهم إلى اكتشاف أن التقنيات الكمومية قد تعد بآليات جديدة لشحن البطاريات بمعدل أسرع.

• إن البطاريات الحديثة ذات السعة الكبيرة يمكن أن تتكون من خلايا عديدة، وهذا الشحن الجماعي ليس موجود في البطاريات الكلاسيكية، حيث يتم شحن الخلايا بالتوازي بشكل مستقل عن بعضها البعض، إذ يمكن قياس ميزة هذا الشحن الجماعي مقابل الشحن المتوازي بنسبة تسمى خاصية الشحن الكمي.

لاحقًا لوحظ أنه يمكن أن يكون هناك مصدران محتملان وراء هذه الميزة الكمومية، أي العملية العالمية حيث تتحدث جميع الخلايا مع جميع الخلايا الأخرى في وقت واحد، حيث يمكن لكل خلية التحدث مع بعضها البعض مثل خلية واحدة.

كيف تزداد سرعة الشحن الكمومي

لقد استطاعت المجموعة من معرفة مقدار سرعة الشحن بدقة في هذا المخطط، بينما تزداد سرعة الشحن القصوى خطيًا مع عدد الخلايا في البطاريات الكلاسيكية، حيث تبين من خلال البحوث أن البطاريات الكمية التي تستخدم التشغيل العالمي يمكن أن تحقق مقياسًا تربيعيًا في سرعة الشحن.

ولشرح ذلك هناك سيارة كهربائية جيده وتحتوي على بطارية يوجد فيها حوالي 200 خلية، بحيث أن استعمال هذا الشحن الكمي سوف يعمل على التسريع 200 مرة مقارنة بالبطاريات الكلاسيكية؛ مما يعني أنه سوف يتم جعل وقت الشحن أقل في المنزل من 10 ساعات إلى حوالي 3 دقائق، وفي محطات الشحن عالية السرعة سوف يقل ​​وقت الشحن من 30 دقيقة إلى ثوانٍ معدودة.

أين تصنع بطارية الكم: تصنع بطاريات الكم في شركة لاستكشاف معادن الطاقة لديها أصول في كندا تركز بشكل خاص على الليثيوم والكوبالت، وهي مكرسة لاكتشاف هذه المعادن القيمة لكهربة العالم في المستقبل.

متى يمكن تنفيذ تكنولوجيا الشحن الكمومي

وضح المستكشفون أن العواقب يمكن أن تكون قليلة جدا، وأن استخدامات الشحن الكمي يمكن أن تتعدى بكثير المركبات الكهربائية والإلكترونيات الاستهلاكية.

على الرغم من أن التقنيات الكمومية لا تزال في مهدها وهناك طريق طويل لنقطعه قبل أن يتم تنفيذ هذه الأساليب عمليًا، ومع ذلك فإن مثل هذه النتائج البحثية تخلق اتجاهًا واعدًا، ويمكن أن تحفز وكالات التمويل والشركات على زيادة الاستثمار في هذه التقنيات، فإذا تم توظيفها فمن المعتقد أن البطاريات الكمية ستحدث ثورة في الطريقة التي يتم بها استخدام الطاقة وستأخذ خطوة أقرب إلى المستقبل المستدام.

وبالطبع، ما زلت التقنيات الكمومية في بدايتها وهناك طريق طويل لنقطعه قبل أن يتم تنفيذ هذه الأساليب عمليًا، ومع ذلك فإن مثل هذه النتائج البحثية تخلق اتجاهًا واعدًا ويمكن أن تحفز وكالات التمويل والشركات على زيادة الاستثمار في هذه التقنيات، وإذا تم توظيفها، فمن المعتقد أن البطاريات الكمية ستحدث ثورة في الطريقة التي نستخدم بها الطاقة وستأخذنا خطوة أقرب إلى المستقبل المستدام.