在一个名为 QuESt 的为期两年的项目中,德国航空航天中心(DLR)和弗劳恩霍夫材料力学研究所正在使用量子计算机来研究用于更强大的电池和燃料电池所需要的新材料。

德国项目的名称 QuESt 代表采用创新模拟技术,可用于电化学能量存储和转换器的量子计算机材料设计。量子计算机将用于模拟储能设备内部的电化学过程。在模拟中,科学家比较了各种新型材料和电极结构的量子化学相互作用。他们的目标是实现电池中电子的最高化学结合能。在燃料电池中,氢和氧应尽可能有效地相互反应。

背景的简要化学分析:当电流流过电池或燃料电池时,内部的离子从一个电极迁移到另一个电极。在电极表面,离子给予或接受电子。“借助量子物理学,可以精确地描述这些过程。电子实质上改变了其量子力学状态。我们可以使用量子计算机来模拟这些能量状态。这使我们能够计算出电化学反应中有多少能量以及这些能量发生的速度,” DLR 技术热力学研究所电化学系统理论小组负责人 Birger Horstmann 博士解释说。通过电极材料和结构的目标设计,相关人员希望获得更高的性能和能量密度。

巴登-符腾堡州经济部为该项目提供资金,该项目于 2021 年 1 月开始,两年内投入 150 万欧元。除了 DLR 和 Fraunhofer IWM,Bosch GmbH 和 Mercedes-Benz Research&Development North America 也作为合作伙伴加入了 QuESt。该项目使用 Fraunhofer-Gesellschaft 的 IBM 量子计算机,该计算机由巴登-符腾堡州资助。DLR 说,QuESt 的特殊功能是将量子计算机用于材料研究中非常面向应用的任务。该项目将基础研究与储能领域的应用研究相结合。