Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk
New Quantum Technology To Make Charging Electric Cars As Fast as Pumping Gas
İster fotovoltaik veya füzyon olsun, er ya da geç insan uygarlığı yenilenebilir enerjilere yönelmelidir. İnsanlığın sürekli artan enerji talepleri ve fosil yakıtların sonlu doğası göz önüne alındığında bu kaçınılmaz görülmektedir. Bu nedenle, çoğu ana enerji taşıyıcısı olarak elektriği kullanan alternatif enerji kaynakları geliştirmek için pek çok araştırma yapılmıştır. Dünya yenilenebilir enerji kaynaklarıyla çalışan yeni ürünleri ve cihazları benimserken, yenilenebilir kaynaklardaki kapsamlı Ar-Ge'ye kademeli toplumsal değişimler eşlik etti. Son dönemdeki en çarpıcı değişiklik ise elektrikli araçların hızla benimsenmesi. 10 yıl önce yollarda pek görülmezlerken, şimdi yılda milyonlarca elektrikli otomobil satılıyor. Elektrikli otomobil pazarı en hızlı büyüyen sektörlerden biri ve Elon Musk'ın dünyanın en zengin adamı olmasına yardımcı oldu.
Hızlı Pil Şarj Teknolojisi Konsepti
Hidrokarbon yakıtların yanmasından enerji elde eden geleneksel otomobillerin aksine, elektrikli araçlar, enerjilerini depolama ortamı olarak pilleri kullanırlar. Piller uzun bir süre önce, hidrokarbonların sunduğundan çok daha düşük enerji yoğunluğuna sahipti ve bu da ilk elektrikli araçlarda çok kısa menzillerde işe yarıyordu. Bununla birlikte, pil teknolojilerindeki kademeli iyileştirme, sonunda elektrikli otomobillerin sürüş aralıklarının benzinli otomobillere kıyasla kabul edilebilir seviyelerde olmasına imkan verdi. Pil depolama teknolojisindeki gelişmenin, mevcut elektrikli araç devrimini başlatmak için çözülmesi gereken ana teknik darboğazlardan biri olduğu gerçeği küçümsenemez.
Bununla birlikte, pil teknolojisindeki büyük gelişmelere rağmen, günümüzde elektrikli araç tüketicileri başka bir zorlukla karşı karşıyadır; yavaş pil şarj hızı. Şu anda, arabaların evde tamamen şarj olması yaklaşık 10 saat sürüyor. Şarj istasyonlarındaki en hızlı süper şarj cihazlarının bile araçları tamamen şarj etmesi 20-40 dakikayı buluyor. Bu, müşteriler için ek maliyetler ve rahatsızlıklar üretiyor.
Bilim adamları bu sorunu çözmek için kuantum fiziğinin gizemli ortamında cevaplar aradılar. Araştırmaları, kuantum teknolojilerinin pilleri daha hızlı şarj etmek için yeni mekanizmalar vaat edebileceğinin keşfedilmesine yol açtı. Böyle bir "kuantum pil" kavramı ilk olarak 2012'de Alicki ve Fannes tarafından yayınlanan ufuk açıcı bir makalede önerilmiştir. Dolaşma gibi kuantum kaynaklarının, pil içindeki tüm hücreleri aynı anda toplu bir şekilde şarj ederek pil şarj sürecini büyük ölçüde hızlandırmak için kullanılabileceği teorileştirildi.
Modern büyük kapasiteli piller çok sayıda hücre içerebildiğinden, bu özellikle heyecan vericidir. Bu tür toplu şarj, hücrelerin birbirinden bağımsız ve paralel olarak şarj edildiği klasik pillerde mümkün değildir. Bu toplu şarja karşı paralel şarjın avantajı, "kuantum şarj avantajı" olarak adlandırılan oranla ölçülebilir. Daha sonra, 2017 yılı civarında, bu kuantum avantajının arkasında iki olası kaynak olabileceği fark edildi; yani “küresel operasyon” (tüm hücrelerin diğerleriyle aynı anda konuşması, yani “hepsi bir masada oturuyor”) ve 'hepsi bir arada bağlantı' (her hücre birbiriyle konuşabilir, ancak tek bir hücre vardır, yani “birçok tartışma, ancak her tartışmanın yalnızca iki katılımcısı vardır”). Bununla birlikte, bu kaynakların her ikisinin de gerekli olup olmadığı ve ulaşılabilecek şarj hızının herhangi bir sınırının olup olmadığı belirsizdir.
Ayrıca grup, bu şemada ne kadar şarj hızına ulaşılabileceğini tam olarak ölçebildi. Klasik pillerde maksimum şarj hızı hücre sayısı ile lineer olarak artarken, araştırma, küresel çalışmayı kullanan kuantum pillerin şarj hızında ikinci dereceden ölçekleme sağlayabildiğini gösterdi. Bunu göstermek için, yaklaşık 200 hücre içeren bir bataryaya sahip tipik bir elektrikli aracı ele alacağız. Bu kuantum şarjı kullanmak, klasik pillere göre 200 kat hızlanma sağlayacak, bu da evde şarj süresinin 10 saatten yaklaşık 3 dakikaya ineceği anlamına geliyor. Yüksek hızlı şarj istasyonlarında, şarj süresi 30 dakikadan saniyelere düşürülecek.
Araştırmacılar, sonuçların çok geniş kapsamlı olabileceğini ve kuantum şarjının etkilerinin elektrikli arabaların ve tüketici elektroniğinin çok ötesine geçebileceğini söylüyor. Örneğin, büyük miktarda enerjinin anında doldurulup boşaltılmasını gerektiren gelecekteki füzyon santrallerinde anahtar kullanımlar bulunabilir. Tabii ki, kuantum teknolojileri henüz emekleme aşamasında ve bu yöntemlerin pratikte uygulanabilmesi için kat edilmesi gereken uzun bir yol var. Bununla birlikte, bunlar gibi araştırma bulguları umut verici bir yön üretiyor; bu durum fon sağlayan kurumları ve işletmeleri bu teknolojilere daha fazla yatırım yapmaya teşvik edebilir. Kullanılması mümkün olursa, kuantum pillerin enerjiyi kullanma şeklimizde tamamen devrim yaratacağına ve bizi sürdürülebilir geleceğimize bir adım daha yaklaştıracağına inanılıyor.
Son zamanlarda, The Institute for Basic Science (IBS) bünyesindeki Karmaşık Sistemlerin Teorik Fiziği Merkezi'nden bilim adamları bu soruların cevaplarını daha fazla araştırdılar. Physical Review Letters dergisinde “Editörün Önerisi” olarak seçilen makale, kuantum pillerde baştan sona eşleşmenin alakasız olduğunu ve kuantum avantajının tek bileşeninin küresel operasyonlar olduğunu gösterdi. Grup, bu avantajın kesin kaynağını saptamak için daha da ileri gitti ve diğer olasılıkları göz ardı etti; hatta bu tür pilleri tasarlamanın açık bir yolunu tesis ettiler.
The Institute for Basic Science (IBS), 21 Mart 2022, ScitechDaily
Mustafa Tamer, 30.03.2022, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri
Mustafa Tamer Yayınları
Aklın Merdivenleri
Referans: “Quantum Charging Advantage Cannot Be Extensive Without Global Operations” 21 March 2022, Physical Review Letters.
- Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur.
- Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
- Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark manifestosuna aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz.
- Sonsuz Ark Yayınlarının Kullanımına İlişkin Önemli Duyuru için lütfen tıklayınız.