功率/性能数据:11月19日

量子通信芯片
南洋理工大学、澳大利亚国立大学、A * STAR、中国科学技术大学、新加坡科技设计大学、中山大学、北京邮电大学和新加坡国立大学的研究人员制造了一种集成硅光子芯片量子密钥分发．

该芯片大约3毫米长，比目前的量子通信系统要小得多，并使用标准的工业材料，使其更容易制造。除了激光光源外，所有的光学元件都集成在芯片上。它与现有的光纤通信基础设施兼容。

新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)教授刘爱群表示:“在当今世界，网络安全非常重要，因为我们有如此多的数据是以数字方式存储和交流的。”“几乎所有的数字平台和存储库都要求用户输入密码和生物特征数据，只要是这样，就可能被窃听或破译。量子技术消除了这一点，因为密码和信息都集成在发送的消息中，形成了‘量子密钥’。”

这款由南洋理工大学科学家开发的微型芯片大小约为3毫米，采用量子通信算法，比现有的行业标准更具安全性。它还为可以部署在智能手机、平板电脑和可穿戴设备等紧凑型设备上的更安全的通信技术打开了大门。(来源:南大新加坡)

南大新加坡分校(NTU Singapore)的物理学家、副教授郭梁川(Kwek Leong Chuan)说，量子通信的工作原理是使用随机编码串来加密信息，只有使用正确“密钥”的预期接收者才能打开这些信息。“这就像寄一封有担保的信。想象一下，写信的人把信息锁在一个信封里，“钥匙”也在里面。收件人需要同样的“钥匙”才能打开它。量子技术确保了密钥分发的安全性，防止了对‘密钥’的任何篡改。”

该团队正计划开发传统光通信系统和量子通信系统的混合网络，他们认为这将提高量子技术的兼容性，从而可用于更广泛的应用，如互联网连接。

更快的电池加热充电
宾夕法尼亚州立大学的工程师们找到了一种方法为锂离子电池充电对于电动汽车来说，使用高温，速度更快，退化更少。

宾夕法尼亚州立大学机械工程系主任、化学工程教授、材料科学与工程教授、电化学发动机中心主任王朝阳说:“我们证明了我们可以在10分钟内为电动汽车充电200到300英里。”“我们可以保持2500次充电循环，或相当于50万英里的旅行。”

当锂离子电池在低于50华氏度的环境温度下快速充电时，锂沉积在电池的阳极上，降低电池容量，并可能导致危险的电池故障。

该团队此前的研究成果是，在50华氏度(约合30摄氏度)的温度下，电池可以在15分钟内充满电。虽然更高的温度会提高充电效率，但长时间暴露在高温下也会降低电池的性能。

王说:“在电池领域，将这种电池带到60摄氏度(140华氏度)的极限是被禁止的。”“它太高了，被认为对材料有危险，会大幅缩短电池寿命。”

相反，研究小组发现，将电池加热到60摄氏度(140华氏度)10分钟，然后迅速冷却到环境温度，既不会形成锂峰，也不会发生与热相关的降解。该电池还可以维持1700次的快速充电过程。

“除了快速充电，这种设计还允许我们限制电池在较高充电温度下的暴露时间，从而产生非常长的循环寿命，”王说。“关键是实现快速加热;否则，电池将在高温下停留太长时间，导致严重退化。”

这种电池使用薄镍箔进行自加热，一端连接到负极，另一端延伸到电池外部，形成第三个端子。连接在开关上的温度传感器使电子流过镍箔完成电路。这会通过电阻加热迅速加热镍箔，并使电池内部变暖。在冷却方面，电池可以利用汽车的冷却系统。

研究人员说，这项技术是完全可扩展的，因为所有的电池都是基于工业上可用的电极;他们已经证明了它在大规模电池、模块和电池组中的应用。镍箔使每个电池的成本增加了0.47%，但由于这种设计消除了目前型号中使用的外部加热器的需要，它实际上降低了每个电池的生产成本。

王说:“10分钟的趋势是未来的趋势，对电动汽车的采用至关重要，因为它解决了里程焦虑问题。”该团队计划继续研究快速充电的高温电池。“我们正在努力在5分钟内为能量密集的电动汽车电池充电而不损坏电池。除了我们发明的自热结构外，这还需要高度稳定的电解质和活性材料。”

光充电更快
阿贡国家实验室的研究人员采取了一种不同的方法来加速电动汽车电池充电:将阴极暴露在一束聚光下。这种光照使锂离子电池的使用时间缩短了两倍或更多。

通常情况下，电动汽车的电池从空开始充电大约需要8个小时。阿贡杰出研究员、化学科学与工程部门的小组负责人克里斯托弗·约翰逊(Christopher Johnson)说:“我们希望在不破坏电极的情况下大大缩短这种电荷反应。”

这种新型电池将使用一个透明的容器，而不是典型的不透明外壳，在充电过程中，聚集的光可以照亮电池电极。正极材料为锂锰氧化物(LiMn2O4或LMO)。

在测试中，该团队使用了带有透明石英窗的小型硬币电池锂离子电池，这些石英窗可以暴露在白光下，也可以不暴露在白光下。约翰逊说:“我们假设，在充电过程中，白光会与典型的阴极材料相互作用，在我们的电池测试中证明了这一点。”

当在充电过程中吸收光中的光子时，LMO中的元素锰将其电荷状态从三价变为四价(Mn3+到Mn4+)。作为回应，锂离子从阴极喷射的速度比没有光子激发过程时更快。这种情况会使电池反应更快。研究小组发现，反应越快，充电速度就越快，而不会降低电池性能或循环寿命。约翰逊说:“我们的电池测试显示，开着灯充电的时间减少了两倍。”

美国能源部能源效率和可再生能源办公室的车辆技术办公室已经将快速充电确定为确保大规模采用电动汽车的关键挑战，目标是充电时间为15分钟。

Johnson补充说:“这是光和电池技术融合的第一个发现，这个交集对电池创新充电概念的未来是个好兆头。”