國慶假期剛剛結(jié)束，你家電動(dòng)座駕是否圓滿的完成了今年重要任務(wù)？隨著電動(dòng)汽車的續(xù)航里程越來越大，里程焦慮也隨之減少，但還是難以徹底祛除車主這塊心病。4日頒發(fā)了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，量子技術(shù)領(lǐng)域帶來的最新突破也為電動(dòng)汽車的電池續(xù)航帶來了更多可能。

近期，有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，金剛石量子傳感器可以幫助電動(dòng)汽車電池監(jiān)測精度提高一百倍甚至更多，或可顯著提高其行駛里程。

電動(dòng)汽車通過分析電池的電流輸出來監(jiān)測電池剩余電量和剩余可行駛里程。雖然他們的平均電池電流輸出約為10安培，但可以達(dá)到幾百安培。

鑒于電動(dòng)汽車電池傳感器必須分析的電流強(qiáng)度范圍很廣，它們的精度通常限于1安培。這種不準(zhǔn)確導(dǎo)致電池電量估計(jì)值的不確定性約為10%，也使得電池使用效率低下。

近日，在一項(xiàng)新的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，金剛石量子傳感器可以在1000安培以上的范圍內(nèi)工作，同時(shí)也可以以10毫安的精度測量電流強(qiáng)度。這表明他們可以將電動(dòng)汽車電池電量估計(jì)值的模糊度從10%降低到1%，甚至0.11%。

“我們開發(fā)了世界上第一個(gè)用于電動(dòng)汽車電池的金剛石量子傳感器，”研究通訊作者、東京理工學(xué)院電氣工程師Mutsuko Hatano說道，“通過開發(fā)具有高性能和更高精度的新傳感器，我們可以有效利用電池。”

量子技術(shù)依賴于可能出現(xiàn)的量子效應(yīng)，因?yàn)橛钪嬖谧钚〉膶用嫔蠒?huì)變得非常模糊。例如，被稱為疊加的量子效應(yīng)使原子和宇宙的其他組成部分基本上同時(shí)存在于兩個(gè)或多個(gè)地方或狀態(tài)。

這些量子效應(yīng)對(duì)外界干擾非常脆弱。然而，量子傳感器利用這一事實(shí)，對(duì)周圍的任何干擾都具有非凡的靈敏度。例如，科學(xué)家們目前正在開發(fā)量子傳感器，能夠以前所未有的細(xì)節(jié)探測隱藏在地下的特征。

常見的量子傳感器平臺(tái)使用帶有缺陷的微觀人造金剛石，其中一個(gè)碳原子被一個(gè)氮原子取代，相鄰的碳原子缺失。當(dāng)這些氮空位（NV）中心被綠光照亮?xí)r，它們發(fā)出紅色熒光。磁性、熱干擾和其他干擾可以改變這種響應(yīng)，使NV中心可以作為傳感器。

在這項(xiàng)新的研究中，研究人員對(duì)金剛石量子傳感器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，每個(gè)傳感器的面積為2×2毫米，厚度為1毫米。他們?cè)谀妇€的兩側(cè)放置了一個(gè)傳感器，該傳感器是電池電流流經(jīng)接線盒的導(dǎo)電條。通過將兩個(gè)傳感器放置在彼此相隔很遠(yuǎn)的地方，而不是放在一起，然后比較它們的數(shù)據(jù)，看看它們有什么共同點(diǎn)，科學(xué)家們可以識(shí)別并消除來自環(huán)境噪聲的每個(gè)傳感器的錯(cuò)誤讀數(shù)。

研究人員介紹道，這些傳感器可以在-40至+85°C的溫度范圍內(nèi)檢測到小于10毫安的電池電流，這一范圍在一般車輛應(yīng)用中都可以看到。她補(bǔ)充說，傳感器還可以幫助監(jiān)測溫度，這有助于改善電池控制。

研究人員指出，由于所有固態(tài)電池都能提高電動(dòng)汽車的功率和容量，因此需要這些傳感器在大約1000安培的電流下工作。當(dāng)新的快速充電器到來時(shí)，這一功能也將發(fā)揮作用。

這些發(fā)現(xiàn)表明，金剛石量子傳感器可以將電動(dòng)汽車的駕駛范圍擴(kuò)大10%。或者，它們可以幫助保持行駛里程不變的同時(shí)將電池重量減少10%。這將使每輛汽車運(yùn)行所需的能源減少3.5%，生產(chǎn)汽車所需的能量減少5%。研究人員表示，預(yù)計(jì)到2030年，全球?qū)⑿略?000萬輛電動(dòng)汽車，這相當(dāng)于全球交通部門二氧化碳排放量減少0.2%。