金刚石量子传感器可将电动汽车驾驶范围扩大10%

国庆假期刚刚结束，你家电动座驾是否圆满的完成了今年重要任务？随着电动汽车的续航里程越来越大，里程焦虑也随之减少，但还是难以彻底祛除车主这块心病。4日颁发了诺贝尔物理学奖，量子技术领域带来的最新突破也为电动汽车的电池续航带来了更多可能。

近期，有科学家发现，金刚石量子传感器可以帮助电动汽车电池监测精度提高一百倍甚至更多，或可显著提高其行驶里程。

电动汽车通过分析电池的电流输出来监测电池剩余电量和剩余可行驶里程。虽然他们的平均电池电流输出约为10安培，但可以达到几百安培。

鉴于电动汽车电池传感器必须分析的电流强度范围很广，它们的精度通常限于1安培。这种不准确导致电池电量估计值的不确定性约为10%，也使得电池使用效率低下。

近日，在一项新的研究中，研究人员发现，金刚石量子传感器可以在1000安培以上的范围内工作，同时也可以以10毫安的精度测量电流强度。这表明他们可以将电动汽车电池电量估计值的模糊度从10%降低到1%，甚至0.11%。

“我们开发了世界上第一个用于电动汽车电池的金刚石量子传感器，”研究通讯作者、东京理工学院电气工程师Mutsuko Hatano说道，“通过开发具有高性能和更高精度的新传感器，我们可以有效利用电池。”

量子技术依赖于可能出现的量子效应，因为宇宙在最小的层面上会变得非常模糊。例如，被称为叠加的量子效应使原子和宇宙的其他组成部分基本上同时存在于两个或多个地方或状态。

这些量子效应对外界干扰非常脆弱。然而，量子传感器利用这一事实，对周围的任何干扰都具有非凡的灵敏度。例如，科学家们目前正在开发量子传感器，能够以前所未有的细节探测隐藏在地下的特征。

常见的量子传感器平台使用带有缺陷的微观人造金刚石，其中一个碳原子被一个氮原子取代，相邻的碳原子缺失。当这些氮空位（NV）中心被绿光照亮时，它们发出红色荧光。磁性、热干扰和其他干扰可以改变这种响应，使NV中心可以作为传感器。

在这项新的研究中，研究人员对金刚石量子传感器进行了实验，每个传感器的面积为2×2毫米，厚度为1毫米。他们在母线的两侧放置了一个传感器，该传感器是电池电流流经接线盒的导电条。通过将两个传感器放置在彼此相隔很远的地方，而不是放在一起，然后比较它们的数据，看看它们有什么共同点，科学家们可以识别并消除来自环境噪声的每个传感器的错误读数。

研究人员介绍道，这些传感器可以在-40至+85°C的温度范围内检测到小于10毫安的电池电流，这一范围在一般车辆应用中都可以看到。她补充说，传感器还可以帮助监测温度，这有助于改善电池控制。

研究人员指出，由于所有固态电池都能提高电动汽车的功率和容量，因此需要这些传感器在大约1000安培的电流下工作。当新的快速充电器到来时，这一功能也将发挥作用。

这些发现表明，金刚石量子传感器可以将电动汽车的驾驶范围扩大10%。或者，它们可以帮助保持行驶里程不变的同时将电池重量减少10%。这将使每辆汽车运行所需的能源减少3.5%，生产汽车所需的能量减少5%。研究人员表示，预计到2030年，全球将新增2000万辆电动汽车，这相当于全球交通部门二氧化碳排放量减少0.2%。