Une nouvelle technologie pour accélérer la recharge des voitures électriques

Contrairement aux voitures traditionnelles qui tirent leur énergie de la combustion d’hydrocarbures, les véhicules électriques utilisent des batteries comme moyen de stockage de leur énergie. Pendant longtemps, les batteries avaient une densité d’énergie bien inférieure à celles offertes par les hydrocarbures, ce qui a entraîné des autonomies très faibles des premiers véhicules électriques. Cependant, l’amélioration progressive des technologies de batterie a finalement permis aux autonomies des voitures électriques de se situer à des niveaux acceptables par rapport aux voitures à essence. Ce n’est pas un euphémisme que l’amélioration de la technologie de stockage des batteries était l’un des principaux goulets d’étranglement techniques qui devaient être résolus afin de lancer la révolution actuelle des véhicules électriques.

Cependant, malgré les grandes améliorations de la technologie des batteries, les consommateurs de véhicules électriques sont aujourd’hui confrontés à une autre difficulté : la lenteur de la vitesse de charge de la batterie. Actuellement, les voitures mettent environ 10 heures pour se recharger complètement à la maison. Même les superchargeurs les plus rapides des stations de charge nécessitent jusqu’à 20 à 40 minutes pour recharger complètement les véhicules. Cela crée des coûts supplémentaires et des inconvénients pour les clients.

Pour résoudre ce problème, les scientifiques ont cherché des réponses dans le domaine mystérieux de la physique quantique. Leur recherche a conduit à la découverte que les technologies quantiques pourraient promettre de nouveaux mécanismes pour charger les batteries à un rythme plus rapide. Un tel concept de “batterie quantique” a été proposé pour la première fois dans un article fondateur publié par Alicki et Fannes en 2012. Il a été théorisé que les ressources quantiques, telles que l’intrication, peuvent être utilisées pour accélérer considérablement le processus de charge de la batterie en chargeant toutes les cellules à l’intérieur. la batterie simultanément de manière collective.

Ceci est particulièrement intéressant car les batteries modernes de grande capacité peuvent contenir de nombreuses cellules. Une telle charge collective n’est pas possible dans les batteries classiques, où les cellules sont chargées en parallèle indépendamment les unes des autres. L’avantage de cette charge collective par rapport à la charge parallèle peut être mesuré par le rapport appelé « avantage de charge quantique ». Plus tard, vers l’année 2017, il a été remarqué qu’il peut y avoir deux sources possibles derrière cet avantage quantique – à savoir “l’opération globale” (dans laquelle toutes les cellules parlent à toutes les autres simultanément, c’est-à-dire “toutes assises à une table”) et “couplage tout-à-tout” (chaque cellule peut parler entre elles, mais une seule cellule, c’est-à-dire “de nombreuses discussions, mais chaque discussion n’a que deux participants”). Cependant, il n’est pas clair si ces deux sources sont nécessaires et s’il existe des limites à la vitesse de charge qui peut être atteinte.

Récemment, des scientifiques du Centre de physique théorique des systèmes complexes de l’Institut des sciences fondamentales (IBS) ont approfondi ces questions. L’article, qui a été choisi comme “Suggestion de l’éditeur” dans la revue Lettres d’examen physique, ont montré que le couplage tout-à-tout n’est pas pertinent dans les batteries quantiques et que la présence d’opérations globales est le seul ingrédient de l’avantage quantique. Le groupe est allé plus loin pour identifier la source exacte de cet avantage tout en excluant toute autre possibilité et a même fourni une manière explicite de concevoir de telles batteries.

De plus, le groupe a pu quantifier avec précision la vitesse de charge pouvant être atteinte dans ce schéma. Alors que la vitesse de charge maximale augmente de manière linéaire avec le nombre de cellules dans les batteries classiques, l’étude a montré que les batteries quantiques utilisant un fonctionnement global peuvent atteindre une mise à l’échelle quadratique de la vitesse de charge. Pour illustrer cela, considérons un véhicule électrique typique avec une batterie qui contient environ 200 cellules. L’utilisation de cette charge quantique entraînerait une accélération de 200 fois par rapport aux batteries classiques, ce qui signifie qu’à la maison, le temps de charge serait réduit de 10 heures à environ 3 minutes. Dans les bornes de recharge à grande vitesse, le temps de charge passerait de 30 minutes à quelques secondes.

Les chercheurs affirment que les conséquences peuvent être considérables et que les implications de la charge quantique peuvent aller bien au-delà des voitures électriques et de l’électronique grand public. Par exemple, il pourrait trouver des utilisations clés dans les futures centrales électriques à fusion, qui nécessitent de grandes quantités d’énergie pour être chargées et déchargées en un instant. Bien sûr, les technologies quantiques en sont encore à leurs balbutiements et il reste encore beaucoup de chemin à parcourir avant que ces méthodes puissent être mises en œuvre dans la pratique. Les résultats de recherche comme ceux-ci, cependant, créent une direction prometteuse et peuvent inciter les agences de financement et les entreprises à investir davantage dans ces technologies. Si elles étaient utilisées, on pense que les batteries quantiques révolutionneraient complètement la façon dont nous utilisons l’énergie et nous rapprocheraient de notre avenir durable.

Source de l’histoire :

Matériaux fourni par Institut des sciences fondamentales. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.