Alman Havacılık ve Uzay Merkezi (DLR), daha güçlü piller ve yakıt hücreleri için yeni malzemeler araştırıyor. DLR bilim adamları şimdi bunun için bir kuantum bilgisayar kullanıyor. Bunu, enerji depolama cihazı içindeki elektrokimyasal süreçleri simüle etmek için kullanıyorlar. Bu, kullanılan malzemelerin, pillerin ve yakıt hücrelerinin performans ve enerji yoğunluğunu önemli ölçüde artıracak şekilde tasarlanmasına olanak tanır.
QuESt projesiyle ilgili özel bir şey (Quelektrokimyasal için bilgisayar öncesi malzeme tasarımı eYenilikçi enerji depolama ve dönüştürücü SsimülasyonlarTteknikleri), malzeme araştırmasında çok uygulamaya yönelik bir görev için bir kuantum bilgisayarının kullanılmasıdır. QuESt böylece temel araştırmayı enerji depolama alanındaki uygulamalı araştırmalarla birleştirir.
Kuantum kimyası güç ve enerji yoğunluğunu belirler
Her şeyden önce elektrikli mobilite, yüksek kapasite ve performansa sahip küçük ve hafif enerji depolama cihazları gerektirir. Elektrotların malzemesi ve yapısı belirleyici faktörlerdir. Enerji yoğunluğunu ve elektrik voltajını etkilerler. Optimize edilmiş malzemelerle ayrışma süreçleri de önlenebilir, böylece pillerin ve yakıt hücrelerinin kullanım ömrü artar.
Bir pil veya yakıt hücresinden akım geçtiğinde, içindeki iyonlar bir elektrottan diğerine geçer. Elektrot yüzeylerinde iyonlar bir elektron verir veya kabul eder. “Bu işlemler tam olarak kuantum fiziği yardımıyla açıklanabilir. Elektronlar kuantum mekanik hallerini değiştirirler. Bu enerji hallerini kuantum bilgisayarla simüle ederiz. Bu, elektrokimyasal reaksiyonlarda ne kadar enerji olduğunu veya ne kadar hızlı aldıklarını hesaplamamızı sağlar. yer” diye açıklıyor Dr. DLR Teknik Termodinamik Enstitüsü’nde Elektrokimyasal Sistemler Teorisi grubunun başkanı Birger Horstmann.
Simülasyonlarda, DLR bilim adamları, çeşitli yeni malzemeler ve elektrot yapıları için kuantum kimyasal etkileşimini karşılaştırırlar. Amaçları, pillerdeki elektronların mümkün olan en yüksek kimyasal bağlanma enerjilerini elde etmektir. Yakıt hücrelerinde, hidrojen ve oksijen birbiriyle mümkün olduğunca verimli bir şekilde reaksiyona girmelidir.
Batarya elektrotlarının kuantum bilgisayarlarla hedeflenen malzeme tasarımı
QuESt projesinde, DLR Teknik Termodinamik, Kuantum Teknolojisi, Yazılım Teknolojisi Enstitüleri ve Fraunhofer Malzeme Mekaniği Enstitüsü enerji depolama cihazlarının malzeme tasarımında bir çığır açıyor: Araştırmacılar, bir kuantum bilgisayar yardımıyla araştırma yapıyor pillerde ve yakıt hücrelerinde atomların ve moleküllerin nasıl çalıştığı, farklı elektrot malzemeleriyle etkileşime giriyor. “Kuantum simülasyonları, bilgisayar destekli malzeme tasarımında devrim yaratabilir. Bunu elektrotların kimyasal bileşimini ve mikroskobik yapılarını optimize etmek için kullanmak istiyoruz” diyor Birger Horstmann ve ekliyor: “Bir kuantum bilgisayarla, pillerin ve yakıt hücrelerinin elektrotlarındaki kuantum kimyasal süreçleri ideal olarak haritalandırabiliriz. DLR Kuantum Teknolojileri Enstitüsü’nden Dr. Sabine Wölk, “Kuantum bilgisayarının bu yapraklar için kendini en iyi nasıl programlayabileceğini araştırıyoruz” diye açıklıyor.
QuESt projesi, Fraunhofer-Gesellschaft’ın Baden-Württemberg eyaleti tarafından finanse edilen IBM kuantum bilgisayarını kullanıyor. Bu, kubitler olarak Josephson kavşakları adı verilen küçük, süper iletken bobinler kullanır.
Enerji depolamanın kuantum simülasyonu diğer alanlar için de kullanılabilir.
QuESt projesinde geliştirilen kuantum algoritmaları, gelecekteki kuantum yazılımları için de bir başlangıç noktasıdır. Temel algoritmaları ve çözüm adımları diğer kuantum fiziği problemlerine aktarılabilir. Kuantum mekanik çok parçacıklı sistemler olarak enerji depolarının simülasyonundan elde edilen bulgular, örneğin tıp veya kimya endüstrisi gibi diğer araştırma alanlarında da uygulanabilir olmalıdır.
Baden-Württemberg Ekonomi, Çalışma ve Konut Bakanlığı, Ocak 2021’de başlayan QUESt projesini iki yılda 1,5 milyon avro ile finanse ediyor. DLR enstitüleri ve Fraunhofer IWM’ye ek olarak, Robert Bosch GmbH ve Mercedes-Benz Research & Development North America Inc., projede ilgili ortaklar olarak yer alıyor.
QUESt projesi, Helmholtz Enstitüsü Ulm (HIU) ve Ulm Üniversitesi’ndeki kuantum teknolojisi ile pil ve yakıt hücresi araştırmalarındaki disiplinler arası yetkinlikleri birleştirir. Helmholtz Ulm Enstitüsü (HIU), 2011 yılında Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü (KIT), Ulm Üniversitesi, DLR ve Güneş Enerjisi ve Hidrojen Araştırma Merkezi (ZSW) tarafından ilişkili ortaklar olarak kuruldu.
QuESt projesiyle ilgili özel bir şey (Quelektrokimyasal için bilgisayar öncesi malzeme tasarımı eYenilikçi enerji depolama ve dönüştürücü SsimülasyonlarTteknikleri), malzeme araştırmasında çok uygulamaya yönelik bir görev için bir kuantum bilgisayarının kullanılmasıdır. QuESt böylece temel araştırmayı enerji depolama alanındaki uygulamalı araştırmalarla birleştirir.
Kuantum kimyası güç ve enerji yoğunluğunu belirler
Her şeyden önce elektrikli mobilite, yüksek kapasite ve performansa sahip küçük ve hafif enerji depolama cihazları gerektirir. Elektrotların malzemesi ve yapısı belirleyici faktörlerdir. Enerji yoğunluğunu ve elektrik voltajını etkilerler. Optimize edilmiş malzemelerle ayrışma süreçleri de önlenebilir, böylece pillerin ve yakıt hücrelerinin kullanım ömrü artar.
Bir pil veya yakıt hücresinden akım geçtiğinde, içindeki iyonlar bir elektrottan diğerine geçer. Elektrot yüzeylerinde iyonlar bir elektron verir veya kabul eder. “Bu işlemler tam olarak kuantum fiziği yardımıyla açıklanabilir. Elektronlar kuantum mekanik hallerini değiştirirler. Bu enerji hallerini kuantum bilgisayarla simüle ederiz. Bu, elektrokimyasal reaksiyonlarda ne kadar enerji olduğunu veya ne kadar hızlı aldıklarını hesaplamamızı sağlar. yer” diye açıklıyor Dr. DLR Teknik Termodinamik Enstitüsü’nde Elektrokimyasal Sistemler Teorisi grubunun başkanı Birger Horstmann.
Simülasyonlarda, DLR bilim adamları, çeşitli yeni malzemeler ve elektrot yapıları için kuantum kimyasal etkileşimini karşılaştırırlar. Amaçları, pillerdeki elektronların mümkün olan en yüksek kimyasal bağlanma enerjilerini elde etmektir. Yakıt hücrelerinde, hidrojen ve oksijen birbiriyle mümkün olduğunca verimli bir şekilde reaksiyona girmelidir.
Batarya elektrotlarının kuantum bilgisayarlarla hedeflenen malzeme tasarımı
QuESt projesinde, DLR Teknik Termodinamik, Kuantum Teknolojisi, Yazılım Teknolojisi Enstitüleri ve Fraunhofer Malzeme Mekaniği Enstitüsü enerji depolama cihazlarının malzeme tasarımında bir çığır açıyor: Araştırmacılar, bir kuantum bilgisayar yardımıyla araştırma yapıyor pillerde ve yakıt hücrelerinde atomların ve moleküllerin nasıl çalıştığı, farklı elektrot malzemeleriyle etkileşime giriyor. “Kuantum simülasyonları, bilgisayar destekli malzeme tasarımında devrim yaratabilir. Bunu elektrotların kimyasal bileşimini ve mikroskobik yapılarını optimize etmek için kullanmak istiyoruz” diyor Birger Horstmann ve ekliyor: “Bir kuantum bilgisayarla, pillerin ve yakıt hücrelerinin elektrotlarındaki kuantum kimyasal süreçleri ideal olarak haritalandırabiliriz. DLR Kuantum Teknolojileri Enstitüsü’nden Dr. Sabine Wölk, “Kuantum bilgisayarının bu yapraklar için kendini en iyi nasıl programlayabileceğini araştırıyoruz” diye açıklıyor.
QuESt projesi, Fraunhofer-Gesellschaft’ın Baden-Württemberg eyaleti tarafından finanse edilen IBM kuantum bilgisayarını kullanıyor. Bu, kubitler olarak Josephson kavşakları adı verilen küçük, süper iletken bobinler kullanır.
Enerji depolamanın kuantum simülasyonu diğer alanlar için de kullanılabilir.
QuESt projesinde geliştirilen kuantum algoritmaları, gelecekteki kuantum yazılımları için de bir başlangıç noktasıdır. Temel algoritmaları ve çözüm adımları diğer kuantum fiziği problemlerine aktarılabilir. Kuantum mekanik çok parçacıklı sistemler olarak enerji depolarının simülasyonundan elde edilen bulgular, örneğin tıp veya kimya endüstrisi gibi diğer araştırma alanlarında da uygulanabilir olmalıdır.
Baden-Württemberg Ekonomi, Çalışma ve Konut Bakanlığı, Ocak 2021’de başlayan QUESt projesini iki yılda 1,5 milyon avro ile finanse ediyor. DLR enstitüleri ve Fraunhofer IWM’ye ek olarak, Robert Bosch GmbH ve Mercedes-Benz Research & Development North America Inc., projede ilgili ortaklar olarak yer alıyor.
QUESt projesi, Helmholtz Enstitüsü Ulm (HIU) ve Ulm Üniversitesi’ndeki kuantum teknolojisi ile pil ve yakıt hücresi araştırmalarındaki disiplinler arası yetkinlikleri birleştirir. Helmholtz Ulm Enstitüsü (HIU), 2011 yılında Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü (KIT), Ulm Üniversitesi, DLR ve Güneş Enerjisi ve Hidrojen Araştırma Merkezi (ZSW) tarafından ilişkili ortaklar olarak kuruldu.