美科学家宣布突破“室温超导”技术,超导电动车还远吗?

发布时间:2023-03-10  

美国时间3月7日,在美国物理学会三月会议上,罗彻斯特大学的物理学家Ranga Dias宣布在室温环境下、近环境压强(近1万个大气压)下实现了室温超导。消息一出,迅速刷屏,不仅学界关心,产业界也殊为关心。





如果此消息没有被证伪,那么完全可以说“颠覆物理学”的一次发现。


也有人说,发现者Ranga Dias“基本锁定了诺贝尔物理奖”。


更有不少投资界大佬已经连夜恶补超导知识,生怕错过了这一轮风头。


01


室温超导靠谱不?


视频显示,3月7日美国物理学会现场,当Ranga Dias教授宣布这一成果时,现场甚至引发了一波短时间混乱,会场内外一度被挤得水泄不通而超过了安防要求,这在一贯“严肃认真”物理学专业会议上是极其罕见的。


超导概念是一个火了无数年,但始终没有彻底大火的科研方向。究其原因,无外乎应用前景无比广阔,超导技术将改变我们使用、存储和传输能源的方式,更不用说在计算、交通和医疗设备、新能源汽车中的更多种应用了。但另一方面,超导的研究实在太难,数十年来全球研究者前赴后继,但成果寥寥,距离实际应用非常遥远。


当年在国内刷屏的青年科学家曹原,就是因为两层魔角石墨烯揭示了超导物理现象,被誉为“天才少年”。


对于Ranga Dias这一次发现,各界也存在非常多的疑惑和质疑——尤其是Ranga Dias曾经在2020年10月在《自然》杂志上发表了在碳氢硫(C-H-S)中发现室温超导的成果,后来又被撤稿的前提下。



当时这哥们的成绩是,在267GPa的压强下实现15℃的超导。


这一次的他成绩明显进步了,在1Gpa的压强下实现21℃的超导。


上海市高温超导重点实验室主任、上海大学教授蔡传兵评论,Ranga Dias这次的研究成果有两个亮点:一是把原来所需的极端高压267GPa变成了一个相对低的压力1GPa。二是采用了一个新的元素组合,引入了稀土金属——镥元素。他认为Ranga Dias展示出的研究成果“有一定可靠性,但室温超导所需的1GPa压力仍属于高压范畴,距离实际应用仍非常遥远”。


中国科学院物理研究所研究员孙力玲在接受《返朴》采访时表示:新报道的超导体在很低的压力下(1GPa)就可以获得,这个压力在商业化的实验设备上(通常<3GPa)可以轻易实现,在实验技术上并没有壁垒。”


所以,Ranga Dias这次的研究成果有没有“吹牛”,预计很快就可以见到分晓,因为其他研究者可以比较容易地验证、复现实验结果。


02


当超导应用于汽车


某种意义上来说,超导完全是玄学,和我们普通人的认知完全不同。


比如常温下是绝缘体的某些陶瓷材料,在低温高压的环境下竟然可以摇身一变成为超导体。又比如从初中就开始学习的欧姆定律I(电流)=U(电压)/R(电阻),在超导体上完全不适用,给超导体施加一个电压,你并不能得到一个无穷大的电流。当撤去电压后,电流也不会马上消失,而是会在闭合电路中循环一段时间。




新能源汽车目前已成成为我国重点发展方向,并有成为支柱产业的趋势。新能源电动汽车的“三电”,也就是电机,电池和电控,超导的这些特性,在新能源汽车身上同样应用广阔。



首先是超导电机,可以利用超导特性做出体积更小、功率更大、能耗更低的电机。


由于超导线圈不存在电阻, 即使大电流连续通过的情况下也不会损耗, 也就不会发生过热现象, 因此, 可以安全可靠提高输出扭矩,同时能量损耗会降低。可以想象,超导电机将首先应用于追求极致性能的电动跑车上面。


当超导电机依然遵循能量守恒的原则,在电池容量没有大幅提高的前提下,超导电机并不能带来更长的续航里程。


其次,在电控方面,可能会出现一项新的革命。超导技术可应用汽车芯片甚至是量子计算技术,算力呈现几何级上升。算力是智能汽车的根本,保证处理海量大数据仅仅在刹那完成。此外,无人驾驶技术也离不开强大的算力。


最后是超导电池。超导电池目前仅仅是一种设想,有科学家提出把电能转化为磁能储存在超导线圈的磁场中,由于超导状态下线圈没有电阻,所以能量损耗非常小,效率也高,对环境污染也小。由于常温超导体迟迟不能落地,因此超导电池的研究者稀少,但未来前景不可估量。


此外,在充电方面也会带来改变,比如更短的充电时间(堪比燃油车加油的效率)、更小巧的充电枪(对女性更友好)等等。



如果室温超导实现商业化,未来的超导汽车肯定会大大超出我们的目前想象。


03


超导汽车离我们还有多远?


如果我说超导汽车早在10多年前就已经出现,相信你会大吃一惊。







2008年6月,日本住友电器工业公司发布世界首款超导电动车,并参加了6月19日在北海道札幌市开幕的“八国峰会环境展”。该车发动机利用超导技术,发动机使用超导材料铋,发动机采用液态氮冷冻,以维持零下200摄氏度的超低温状态,依靠蓄电池电力运转。


但该车仅仅是一款工程试验车,也无法实现量产。


那么Ranga Dias的这一次发现能实现超导汽车的量产吗?


答案是“不能”。


即使各国的物理学家验证了Ranga Dias的发现非常靠谱,由于实验环境下要求在1GPa压力之下,仅仅这一点就无法在当今条件下实现量产。


1GPa是什么概念呢?相当于1万个大气压强,相当于地球最深的马里亚纳海沟处海水自然压强的10倍。


作为对比,已经实现的量产的丰田氢能源汽车 Mirai ( 参数 | 询价 ) ,采用了700个大气压的储氢罐。Ranga Dias的发现条件已经超过了这一标准的10倍以上。假如丰田掌握了1万个大气压的安全储氢罐技术,那么意味着丰田氢能源汽车Mirai的续航能力将达到目前续航近800公里的10倍多,至少达到8000公里以上。





想象一下一罐氢跑8000公里距离我们有多远,大概也就是超导汽车距离我们有多远。


文章来源于:电子工程世界    原文链接
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