Kvantebatterier lader lynhurtigt op

Der findes allerede et Quantum Battery på markedet, men det er nu ikke et ægte kvantebatteri, som det flere forskere nu forsøger at lave. Illustration: Quantum Instruments

Et af de store problemer med batterier er, de skal lades op, og det tager tid. Nogle gange lang tid. Alt for lang tid.

Tænk hvis man havde en smart metode til at mindske opladningstiden. Det har man faktisk, hvis man udnytter en række kvanteeffekter.

I en ny artikel i Science Advances viser James Quach fra University of Adelaide i Australien m.fl., at det er det er muligt at oplade et mikrokavitet med N molekyler hurtigere end N mikrokaviteter med hvert et molekyle - også selv om de blev opladet samtidigt.

Ydermere vil en mikrokavitet med N molekyler kunne lagre mere energi end N mikrokaviteter med hvert et molekyle.

Superekstensive egenskaber

»Disse superekstensive egenskaber er de vigtigste eksperimentelle opdagelser ved vores arbejde, og de understøttes af teoretiske modeller,« skriver forskerne i deres videnskabelige artikel.

Indenfor naturvidenskab er en ekstensiv egenskab en størrelse som masse, rumfang eller energi, der vokser proportional med systemets størrelse N, mens en superekstensiv egenskab vokser hurtigere f.eks. som N².

I en pressemeddelelse udsendt af universitet lanceres dette som et skridt på vejen til en nyt kvantebatteri.

Kvante mig her, kvante mig der

Hver gang nogle trækker kvantekortet, er der grund til at stoppe op, for mange bruger det på meget forskellig vis.

Det er korrekt, at der tale om en kvanteeffekt, men andre forskere bruges også betegnelsen for kvantebatteri for noget helt andet end det, som nu er undersøgt.

Det gælder bl.a.University of Alberta Canada, hvorfra forskere stod i spidsen for et helt andet projekt beskrevet i 2019 i en artikel i en artikel i The Journal of Physical Chemistry C.

Og så er der naturligvis også dem, der som vist i illustrationen i toppen af denne artikel, blot bruger betegnelsen Quantum Battery som et fængende navn.

Tilbage til australierne.

De undersøgte som nævnt, hvordan man hurtigt kan ændre et system fra et energitilstand til en anden, højere energitilstand.

Dickes gamle ide med omvendt fortegn

Deres proces er den omvendte af det mere kendte begreb superradians, der har sin oprindelse i Robert Dickes undersøgelse fra 1954 om udsendelse af stråling fra kvantemekaniske systemer, hvori der optræder kollektive fænomener som kohærens.

Dicke viste her, at der under visse betingelser opstod en særlig intens stråling, som var kraftigere end den, man kunne opnå fra et system med uafhængige dele.

Superradians udnyttes i dag i flere systemer som f.eks. superradiante lasere.

Hvis man bliver i batterianalogien er superradians en form afladning, mens den tilsvarende opladning inden for kvanteoptik betegnes superabsorption. Derfor er titlen på den videnskabelige artikel Superabsorption in an organic microcavity: Toward a quantum battery.

Eksperimentelt har superabsorption været svære at håndtere end superradians ikke mindst i systemer med mange molekyler.

Men nu har James Quach og Co. fremstillet, hvad de betegner som prototypen på et Dicke Kvantebatteri. Foreløbig har de kun fokuseret på opladning, men de bliver selvfølgelig også nødt til at se nærmere på, hvordan man bedst muligt får energien ud igen fra det system, som de har arbejdet med.

I den videnskabelige artikel beskriver de nogle overvejelser herom, og i følge pressemeddelelsen er næste skridt at fremstille et fuld funktionsdygtigt batteri.

Til den tid bliver vi nok klogere på, om et kvantespring inden for batteriteknologi er på vej eller ej.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Er problemet ved opladning af batterier opladetiden - eller, er det den nødvendige overførsel af energi?

Det er meget svært, at overføre store mængder energi på kort tid. Enten kræves en meget høj spænding, eller en meget stor strøm. Og der kræves et net, der kan levere den nødvendige energi.

Jeg tror, at det mest praktiske ved overførsel af store energimængder, er at bruge en meget stor spænding. Dette kræver ikke så stor mængde kobber. Men, den høje spænding, vil kortslutte igennem luft, og derfor er nødvendigt den indskærmes, så der ikke er nogen forbindelse til luft, når der er høj spænding på. Materialerne skal holde til den store spænding, have en god levetid, skal fungere indenfor et stort temperaturinterval, ved fugt og vand, og det skal være sikkert. Samtidigt skal ledningen gerne være bøjebar, og så let, at alle kan bruge opladeren.

  • 6
  • 13

Det lader til at være det sidste, og det er begrænset af elektronikken i bilen og laderens maks effekt. Selv 100kW kræver voldsomme spændinger og strømme, men mange biler kan faktisk lade med den effekt, og alligevel giver det "kun" 10km/minut.

Mange complaince biler er nok helt bevidst produceret så de ikke kan lade specielt hurtigt. "elbiler skal være snøvlede, for så køber vores kunder fossiler i stedet"

Der findes ladestandere der fint leverer op til 250 og 350 KW. Og holder man sig fra langsomladerne, så findes der en del biler der kan tage imod den slags effekt.

  • 12
  • 21

Er problemet ved opladning af batterier opladetiden - eller, er det den nødvendige overførsel af energi?

Begge dele naturligvis. Min elbil (Tesla Model 3) kan lade med 250 kW men kun kortvarigt. I det meste af ladekurven er ladeeffekten begrænset af batteriet. Men er målet at kunne lade 500 km på 5 minutter, så skal vi op på 1 MW ladeeffekt flat igennem hele ladeprocessen. Det vil både kræve nogle scifi batterier fra fremtiden men også en ny løsning på ladekablet.

1 MW er dog ikke så meget at det bliver svært for så vidt angår ladekablet. Min elbil har eksempelvis et 400V batteri, så bare ved at gå til 800V som flere andre elbiler på markedet, så er vi allerede ved 500 kW.

  • 26
  • 3

Kan man blot få 300 kW i hele ladeperioden, så er ladetiden i praksis ret begrænset for de fleste, hvis man har hjemmeladning så fyldes der kun op så man kan komme hjem.

  • 9
  • 1

Det er jo fint om selve batteriet kan modtage energimængden til fuld kapacitet på nul komme fem. Men det fordrer jo en hel del af det elnet der skal skaffe elkapaciteten frem til ladestedet. Og det er vores elnet slet ikke i stand til. Så hvis og når det lykkes at lave et sådant "!super-opladnings-batteri," bliver det nok kun til en stærkt begrænset anvendelse, f.eks. færger.

  • 1
  • 16

Energimængden er ikke ændret, så det kan løses med lokale bufferbatterier ved laderen. På den måde kan man også flytte forbruget fra dag til nat hvor strømmen er billigere og der er mere strøm fra vindmøller tilgængelig.

Men, vi skal jo så have et skilt på, der viser laderen er i uorden, indtil batteribufferen er opladt. Hvis batteribufferen har kapacitet svarende til to bilers batterier, så kan de meget nemt blive tømt, efter et par opladninger.

  • 1
  • 15
  • med ekstra "bufferbatteri", og helst et ekstra til travle tider og overvågning af disse, bliver det en større elektrokemisk virksomhed at lade sin batteribil op.
  • Og det hele har en virkningsgrad og egetforbrug, så den i forvejen lidt ringe miljø- og CO2-gevindst ved at skifte fra fossilbil til batteribil er vist ædt op. Ihvertfald på det danske elnet der bliver sortere og sortere i disse tider.
  • 1
  • 14

Det er utrolig så stort et problem ladehastigheden ved elbiler er. Især for folk der ikke ejer en elbil. Min elbil er nu 4 måneder, og har endnu ikke ladet ude.

Så de få gange om året jeg vil få brug for en hurtiglader, så går det sgu nok også hvis det tager 5 minutter længere. Eller de 2 timer ekstra det maksimalt tager ekstra at køre ferieturen til Italien, de er så rigeligt opvejet af jeg ikke har været omkring en tankstation de sidste 4 måneder

  • 11
  • 2

Re: Jens Bækgaard: Til Lykke med din batteribil. Og mange som Dig kan uden tvivl have samme nemhed med at "tanke" batteriet. Men nu er der jo en rigtig stor del af befolkningen der IKKE råder over egen matrikel med egen carport plads til egen ladestation, og har et kørselsbehov som Dig. Så måske en smule forståelse for alle dem ? De er jo dog de fleste.

  • 2
  • 11

Re: Jens Bækgaard : - nu er begrebet "at bo i hus," ejet eller lejet, jo ikke enbetydende med at have adgang til eller mulighed for egen P-plads på egen matrikel og dermed mulighed for egen el-optankningsstation. Jo, måske næsten i Jylland, men i hovedstadsområdet er "eget hus" absolut ikke ensbetydende med egen P.plads på matriklen.

  • 2
  • 6

Selvfølgelig er det ikke alle son har plads på matriklen, men man burde måske gøre det til et krav at være ejer eller have adgang til en "oplagsplads" til køretøjet for at få det indregistreret. Det er jo så viseligt at der hvor der er flest uden egen plads er der værst trængsel og som hovedregel bedst kollektiv transport.

  • 2
  • 4

Og nu er det at bo række-, kæde eller klyngehus, ej heller lejlighed, ensbetydende med at man ikke har adgang til egen p-plads.

Men nu var det dig der påstod at størstedelen af den danske befolkning ikke har adgang til egen p-plads med lademulighed. Det må du gerne bevise. Til bonus kan jeg oplyse, at jeg kender flere der bor i lejlighed med egen p-plads med ladestander.

  • 1
  • 2

Hej Jens Bækgård, Nej jeg har ikke påstået at der var sammenhæng mellem lejligheder villaer og parkeringspladser,

Ud fra en oplysning fra andre om at specielle boligformer ikke var ensbetydende med parkeringsfsciliteter eller mangel på samme, ymtede jeg det forslag (som allerede kendes fra store byer i udlandet) at man skulle være i besidelse af en "opbevaringsplads" af en art til det køretøj som man vil have indregistreret, ingen plads ingen køretøj.

Ideen bag forslaget er at - hvis der er så tæt befolket at man ikke nemt kan skaffe plads til et køretøj, så er den kollektive transport (sansynligvis) så fintmasket at det er et anvendeligt alternativt.

Man må have lidt realitetssans, og erkende at der er områder som er så tyndt befolket, og hvor der er så langt til indkøb, arbejde og uddannelse, at kollektiv transport ikke er et fornufttigt alternativ, hverken miljømæssigt eller økonomisk.

  • 1
  • 2

@Carsten: Min kommentar var møntet på Bertel og Claus, det er Bertel det påstår at størstedelen af danske bilejere ikke har mulighed for at parkere og lade på egen grund. Den påstand kan han dog ikke bevise

  • 2
  • 2

Men nu er der jo en rigtig stor del af befolkningen der IKKE råder over egen matrikel med egen carport plads til egen ladestation, og har et kørselsbehov som Dig. Så måske en smule forståelse for alle dem ? De er jo dog de fleste.

Kun 8% af husejere parkere på offentlig vej:

Ifølge en YouGov-undersøgelse foretaget for Videncentret Bolius i januar 2019 parkerer to ud af tre husejere deres bil eller biler i en carport eller garage. Dertil må 39 procent tage en anden del af grunden i brug til parkering, og 8 procent bruger offentlig vej

Da lidt over halvdelen bor i hus, så er det nok cirka halvdelen der kan parkere ved egen lader.

Men dertil kommer dem der bor i en boligforening med tilhørende parkeringsplads. De kommer til at opsætte ladere så beboerne kan lade. Der er vi ikke helt endnu, men sådan bliver det.

  • 6
  • 1

Jens Bækgaard:

Men nu var det dig der påstod at størstedelen af den danske befolkning ikke har adgang til egen p-plads med lademulighed.

Nej. Det skrev Bertel Johansen ikke. Han skrev:

Men nu er der jo en rigtig stor del af befolkningen der IKKE ...

(Mine kursiveringer)

Og det har han jo ret i.

  • 1
  • 3

Hvis opladningen går hurtigt, er der så mindre tab?

Når egnergien overføres ved kvanteprocesser, betyder det så at der ikke er tab, da det kræver en kvanteproces at få energien ud igen. Kvanteprocessen kan selvfølgelig ske spontant?

Hvor meget energi vil man kunne gemme i et kvantebatteri fremfor et traditionelt batteri?

  • 1
  • 1

Selvfølgelig er det ikke alle son har plads på matriklen, men man burde måske gøre det til et krav at være ejer eller have adgang til en "oplagsplads" til køretøjet for at få det indregistreret.

Først og fremmest burde kommunerne ikke godkende byggerier, uden tilhørende parkeringsmuligheder.

Det er helt tåbeligt at man bygger rækkehuse, selv i mindre byer uden parkeringspladser. Her er det åbenlyst at beboerne vil have bil.

Bygherren optimerer sin indtjening, men det bør da være kommunens opgave at sikre en fornuftig byudvikling.

  • 5
  • 1

Kravet om antal af parkeringspladser stilles i lokalplanerne. Der er stor forskel på hvor mange der bør være, alt afhængig af landsdel og type af byggeri.

At skrive det ind i Bygningsreglementet vil desuden være omsosnt, da det er kommunen der er myndighed på området, og de derfor vil kunne dispensere relativt nemt fra det.

Derfor er det bedre at det står i lokalplanerne

  • 1
  • 0

Kravet om antal af parkeringspladser stilles i lokalplanerne. Der er stor forskel på hvor mange der bør være, alt afhængig af landsdel og type af byggeri.

Jo, men det er åbenlyst at der kræves for få. Det er muligt at nogen i kommunen ønsker at færre kører bil, men ønsketænkning ændrer ikke på beboernes behov.

Og så er der lige konflikten med kommunens indtægter fra grundsalg, der er højere, jo flere boliger, der kan bygges pr. m2 grund.

  • 1
  • 1
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten