《谷歌与大众联手改善电动汽车电池:利用量子计算》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 姜山
  • 发布时间:2017-11-10
  • 大众8日宣布与谷歌建立合作关系,利用量子计算技术,改善电动汽车电池等现有技术。

    大众一直在大力投资电池研发,以支持从明年开始的扩大电动车生产计划。迄今为止,他们的努力主要集中在电池的实际生产及保证钴等稀有原材料上,但他们也在探索更多面向未来的选择,以提高电池的科技水平。

    今天,大众宣布与谷歌建立合作关系,利用量子计算机改善电动汽车电池和其他交通工具的未来,如交通优化和新的机器学习过程。

    量子计算仍处于起步阶段,但谷歌在这一领域已处于领先地位,今年早些时候,已允许AI研究人员访问量子计算机,以驱动应用程序的开发。

    人们认为,人工智能和量子计算有可能解决材料科学难题,并有助于创造新材料来优化电池等现有技术。

    今年早些时候,丰田宣布了一项类似计划,开发下一代电动汽车电池。

    现在看来,大众也在通过与谷歌建立新伙伴关系来努力做到这一点。

    马丁·霍夫曼(Martin Hofmann)是大众集团的首席信息官,他对合作关系的评价如下:“量子计算技术开辟了新的维度,标志着人类正在快速跟踪面向未来的几大课题。一旦量子计算实现商业化,我们大众想成为使用第一批在企业流程中使用该技术的公司。借助与谷歌的合作,我们已经朝着这个目标迈出了重要的一步。”

    该公司表示,他们将把研究重点聚焦于“实际应用”,来自旧金山大众信息技术中心专家(即IT实验室)和慕尼黑的专家将“与谷歌的专家一道开发算法、模拟实验和优化模式”。

    谷歌的量子人工智能实验室主任哈特穆特·内文(Hartmut Neven)也评论说:“大众已经在解决现实世界的重大工程问题上积累了大量专业知识,能够在量子计算方面与其合作,共同促进汽车行业的转变,对我们来说是一种荣幸。”

    说到电池问题,大众专家计划利用与谷歌合作的机会“模拟和优化电动汽车和其他材料高性能电池的结构”。

    目前,锂离子电池在电动汽车产业中占据主导地位,可由不同类型的化学品生产而成。锂离子技术还有改进空间,但研究人员也在寻找其他电池技术,像金属空气电池、固体形态电池或石墨烯电池,最终取代金属锂。

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    • 据外媒报道,梅赛德斯-奔驰(Mercedes-Benz)的研发部门正在研究如何利用量子计算机发现未来十年内可用于电动汽车高级电池的新材料。梅赛德斯-奔驰北美研发中心开放创新主管Benjamin Boeser表示:“发现新型电池材料可开启价值十亿美元的机遇。我们可以用量子计算机模拟电池的实际行为,目前的计算机无法做到。” 传统的计算机以0或1的形式存储信息,而量子计算机使用量子位(qubits)存储信息,即可同时以0和1的形式存储信息,也意味着量子计算机有潜力在不到一秒的时间内对大量可能的解决方案进行分类。 目前还没有人制造出可用于大规模应用的量子计算机,但是世界各地的公司和政府都在大力投资,研发该项技术。根据科技研究公司高德纳咨询公司(Gartner Inc.)所说,到2023年,20%的机构将为量子计算项目制定预算,而2018年该比例不到1%。 目前,梅赛德斯-奔驰和戴姆勒(Daimler)正与国际商业机器公司(IBM)的量子计算部门合作,目标是在未来5至10年左右,在某些用例中部署下一代计算能力。但是,目前投资规模尚未披露。 戴姆勒与其他汽车公司一样,也在试验量子计算的可能应用。福特汽车公司(Ford Motor Co.)正在研究如何利用量子计算快速优化行驶路径,以及改善电动汽车电池结构。而大众汽车公司(Volkswagen AG)正在研发基于量子计算的交通管理系统,可能会作为一种商业服务提供给客户,此外,大众还对利用该技术研发更先进的电池感兴趣。 如今,因为没有仿真软件,在电池研发和测试过程中,专家们需要首先构建电池原型。而量子计算机可帮助奔驰找到新电池材料或新的材料组合,从而为电池带来更好的电化学性能以及更长的生命循坏周期,但是目前仍处于早期阶段。其中一些创新可能还包括更安全、更节能、更环保的有机电池。 去年晚些时候,戴姆勒表示其在全球电池生产方面的投资超11.3亿美元(约合75.7亿元人民币),以兴建9座电池厂。戴姆勒预计,到2025年,电动汽车销量将占奔驰总销量的15%至25%,到2022年,奔驰还将推出各种型号的电动汽车。此外,戴姆勒还在生产工厂中试验利用量子计算模拟各种焊接场景的可能性,如在出现质保问题之前,确定机器是否需要当场重新校准。
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    • 编译者:guokm
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    • 想象一下,有这样一种电动汽车,轻便、高速、单次充电能行驶数百英里。它无需备用电池,大大减轻了负重。因为电池与车身已经融为一体。结构电池早在21世纪初就已经出现,当时美国军方以碳纤维为导电材料设计了第一款结构电池。众所周知,碳纤维很轻,还可以用来制造各种东西,包括汽车车身。 特斯拉的埃隆·马斯克(Elon Musk)在其公司的电池日(Battery Day)上宣布,他们打算把电池置于汽车底盘内。是时候去掉“运动包”,把电池装进车身了。马斯克称这一决定是革命性的。但那些多年来一直致力于结构电池研究的科学家们对此是不屑一顾的。 伦敦帝国理工学院材料科学家、皇家工程学院新兴技术系主任埃米尔·格林哈尔(Emile Greenhalgh)告诉《连线》杂志:“他根本就是在重复我们10年前做过的事情,我们现在做的已经超越了埃隆·马斯克所说的。并没有嵌入式电池,碳纤维材料本身就是能量储存装置。” 格林哈尔(Greenhalgh)是致力于结构电池研究的专家之一。结构电池不是汽车的外部零件,而是汽车的一个元件,因为本质上来说,电池是用来制造车身或其他部件的原材料。 结构电池构成十分简单,仅由两层碳纤维材料组成,一层带负电荷,另一层带正电荷,正极和负极之间是玻璃纤维制成的绝缘层。从理论上讲,该材料可用于制造汽车的整个车身。 设计一款能够实际工作的结构电池一直以来都很具有挑战性。2018年,《史密森杂志》报道了一个由勒夫·阿斯(Leif Asp)教授率领的查默斯理工大学进行的此类项目。尽管结构电池的前景向好,但项目团队发现使其正常工作很难。 当时,勒夫告诉《史密森杂志》:“市面上碳纤维,都拿来研制结构电池或其他电子设备了。”勒夫、格林哈尔以及其他研究人员仍致力于开发一种同时具备这两种功能的复合材料,但格林哈尔表示,在研究过程中,为筹集到足够经费花了不少时间,项目才得以继续进行。今年,这两位科学家和他们的团队甚至完成了一个为飞机研制结构电池的项目。 假设结构电池可能会危及到“普通”锂电池的发展,而汽车制造商在锂电池上已经花费了数百万美元。通用汽车(GM)正在俄亥俄州建造一个全新的电池厂,但它并不生产结构电池。在欧洲,大众汽车(Volkswagen)对德国的一家大型工厂进行部分调整,该工厂从2024年开始生产电动汽车(EV)电池。大型汽车制造商对交通电气化 投入了大量资金支持。 然而,结构电池似乎还有待改善。2013年,勒夫、格林哈尔和团队中的其他专家共同完成了一个为期三年的名为“存储”的项目,成功地将商用锂离子电池整合到一辆沃尔沃的结构部件中。然而,电池太小,只能在熄火后的短时间内支撑空调系统、音响和灯光。要实现这一预期可能还