IBM利用量子技术设计固态电池的计划

电池是使交通运输和电网脱碳的关键，但是今天的技术距离实现这一承诺还有很长的路要走。 IBM似乎已确定其计算能力是解决问题的关键。

锂离子电池仍然是该领域的金标准技术，并且已经走了很长一段路。 10年前，他们一天之内就可以使用iPod，今天，它们可以为数百英里之外的高性能汽车提供动力。

但是，如果要达到电池可以胜过汽油或存储大量太阳能的地步，我们需要一些突破。因此，IBM与梅赛德斯-奔驰及其母公司戴姆勒（Daimler）合作开发了可以满足我们需求的新电池。

在上周举行的年度消费电子展（CES）上，他们展示了概念证明，展示了IBM的量子计算机如何帮助设计尖端的固态电池。去年年底，他们吹捧了一种新电池，这种新电池由可从海中提取的材料制成，其性能全面超越了当今的技术。

后者的突破受到了一些怀疑，因为该公司选择通过博客而不是已发表的研究来宣布它。但是，尽管省略了有关电池确切组成的关键细节，但声称的规格令人印象深刻。

IBM表示，其电池结合了三种新材料（尚未披露），可以针对多种不同特性进行优化，包括降低成本，缩短充电时间，提高功率和能量密度，提高能效并降低易燃性。

当配置为大功率时，它可以在短短5分钟内充电到80％，这将使电动汽车的充电与加油箱一样简单。它也可以匹配最先进的锂离子电池的能量密度，但在功率密度方面却胜过它们，这对于要求大功率爆发的电动飞机等应用而言至关重要。还可以调整化学物质以延长使用寿命，这对于网格存储至关重要。

IBM渴望强调的是，与大多数现有电池不同，该新设计不包含重金属（例如镍或钴），这些重金属以对环境有害的方式提取并且通常在可疑的工作条件下提取。研究人员说，这些材料甚至可以从海水中提取，尽管这可能需要开发新技术。

研究人员告诉IEEE Spectrum，他们已经与梅赛德斯奔驰R＆D北美公司，日本化学公司Central Glass和电池初创公司Sidus合作，开始商业开发电池，这种电池可能在一到两年内就可以实现。

这并不是IBM与德国汽车制造商进行的唯一合作。 IBM和戴姆勒（Daimler）的科学家已经联合起来，使用这家计算巨头的量子计算机来探测锂硫电池运行中可能形成的三个分子的特性。

这种电池化学物质有望比锂离子技术更强大，寿命更长，更便宜，并且也有可能制造出理论上更轻更紧凑的固态电池。但是在此阶段它仍处于试验阶段，所有组件之间如何交互还存在许多谜团。

模拟这三个分子将帮助我们更好地了解它们的行为将如何影响重要的特性（例如能量存储和放电），但是这会占用大量的计算能力。量子计算机有望实现更高效率的模拟。

研究人员在博客文章中说，然而，这项研究更多是概念验证，而不是电池设计方面的突破，因为仿真是在量子计算机和经典计算机上进行的，并且进行了比较。量子模拟取得了令人满意的结果，这表明，随着IBM量子处理器变得越来越强大，它们将能够在电池设计方面取得根本性的进步。

尚不确定会有多久，但是如果我们依靠电池突破来解决气候危机，那就是“蓝色巨人”即将面世的好消息。

图片来源：图片由IBM Research提供