acecook

Theo dõi pin EV với cảm biến lượng tử kim cương có độ nhạy cao

Công nghiệp năng lượng
11/03/2025 16:09
Khi thử nghiệm cảm biến bằng kỹ thuật cộng hưởng từ phát hiện quang học (ODMR), các nhà nghiên cứu phát hiện có thể đo dòng điện nhỏ tới 10 miliampe trong các khoảng thời gian khác nhau.
aa
Nghiên cứu và đánh giá mô hình tái chế rác thải từ pin năng lượng mặt trời [Infographic] Những ưu điểm của pin năng lượng mặt trời

Cảm biến đang sử dụng trên thị trường có nhiều hạn chế

Theo đó, khi hướng đến xe điện có phạm vi hoạt động xa hơn, sạc nhanh hơn và cải thiện độ an toàn, các nhà sản xuất cũng nhận thấy nhu cầu về công nghệ quản lý pin xe điện hiệu quả đang tăng lên. Các cảm biến hiện đang được sử dụng để theo dõi pin xe điện thường bị nóng và mất năng lượng, gặp khó khăn với độ chính xác thấp và đôi khi không phát hiện được những biến động nhỏ trong dòng điện của pin, dẫn đến việc quản lý năng lượng kém hiệu quả hơn.

Nghiên cứu chỉ ra, cảm biến lượng tử kim cương có thể khắc phục được những hạn chế nêu trên. Tuy nhiên, tinh thể kim cương được sử dụng cho các cảm biến này thường rất nhỏ, chỉ rộng vài milimét. Giới hạn kích thước xuất phát từ những khó khăn trong việc sản xuất các chất nền kim cương, dẫn đến hạn chế các cảm biến trong công nghiệp.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu Nhật Bản từ Viện Khoa học Tokyo (ISCT) đã tạo ra một chất nền kim cương diện tích lớn với các tâm khuyết nitơ (NV) trên một chất nền không phải kim cương. Thiết lập này hoạt động giống như một nền tảng hoàn hảo cho các cảm biến lượng tử kim cương có độ nhạy cao dành cho pin EV.

Theo dõi pin EV với cảm biến lượng tử kim cương có độ nhạy cao
Cảm biến lượng tử kim cương có thể khắc phục được những hạn chế của cảm biến hiện đang sử dụng (Ảnh minh họa, Interesting Engineering)

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ tăng trưởng heteroepitaxial để phát triển nền tảng. Quá trình này bao gồm việc phát triển một lớp tinh thể trên một chất nền của một vật liệu khác, cho phép tích hợp các vật liệu khác nhau với các đặc tính khác nhau.

Có thể hình dung như việc đặt những viên gạch không cùng vật liệu trên một bề mặt, nhưng đảm bảo chúng được xếp thẳng hàng. Phương pháp này cho phép tích hợp các trung tâm NV trong mạng tinh thể kim cương. Các trung tâm này rất quan trọng để phát hiện những thay đổi tinh tế trong từ trường, đây là một chức năng rất hữu ích để theo dõi pin EV.

Để tạo ra nền tảng cảm biến lượng tử kim cương, trước tiên các nhà khoa học đã chọn một chất nền không phải kim cương tương thích với sự phát triển heteroepitaxial. Sau đó, bằng cách sử dụng lắng đọng hơi hóa học (CVD), họ lắng đọng các màng kim cương lên các chất nền. Điều này cho phép họ kiểm soát chính xác cấu trúc tinh thể của kim cương.

Tiếp theo, họ thêm một lớp kim cương nitơ-vacancy (NV) dày 150 micromet, cho phép cảm biến phát hiện những thay đổi từ tính nhỏ. Lớp này có thời gian liên kết spin (T2) là 20 micro giây, nghĩa là nó có thể duy trì thông tin lượng tử đủ lâu để đo chính xác.

Cuối cùng, họ căn chỉnh các tâm NV theo các hướng cụ thể trong mạng kim cương. Điều này dẫn đến nồng độ khuyết tật nitơ là tám phần triệu (ppm), đây là yếu tố chính trong hiệu suất cảm biến lượng tử .

Ngoài ra, để cải thiện độ chính xác, nhóm nghiên cứu đã thêm một cơ chế hiệu chỉnh độ nghiêng để điều chỉnh các sai lệch nhỏ trong tinh thể kim cương. Điều này đảm bảo cảm biến hoạt động tốt, giống như các cảm biến dựa trên kim cương truyền thống. Cảm biến lượng tử kim cương với các trung tâm NV hiện đã sẵn sàng để thử nghiệm.

Theo dõi pin EV với cảm biến lượng tử kim cương có độ nhạy cao
Sơ đồ cho thấy quá trình sản xuất cảm biến lượng tử kim cương (Nguồn ảnh: Kajiyama và cộng sự)

Cảm biến kim cương có thể đo các dòng điện nhỏ tới 10 miliampe

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm cảm biến bằng một kỹ thuật gọi là cộng hưởng từ phát hiện quang học (ODMR) trong một thiết lập dựa trên sợi quang. ODMR là một kỹ thuật được sử dụng để đo các từ trường nhỏ bằng ánh sáng và vi sóng. Nó hoạt động bằng cách phát hiện cách các khuyết tật đặc biệt trong vật liệu, như các trung tâm NV trong kim cương, phản ứng với từ trường.

Nhóm nghiên cứu đã đạt được khả năng phát hiện dòng điện có độ nhạy cao trong quá trình thử nghiệm ODMR. Cảm biến kim cương có thể đo các dòng điện nhỏ tới 10 miliampe trong các khoảng thời gian khác nhau, dao động từ 10 mili giây đến 100 giây.

Khi nói đến pin EV, hiệu suất và tuổi thọ của chúng phụ thuộc vào việc theo dõi chính xác cách dòng điện chảy vào và ra. Cảm biến lượng tử kim cương có thể phát hiện những biến động nhỏ trong dòng điện và giúp duy trì tình trạng pin ở mức tối ưu.

Mutsuko Hatano, giáo sư tại trường kỹ thuật ISCT, một trong những nhà nghiên cứu cho biết: "Khả năng đo dòng điện chính xác trong khi giảm thiểu nhiễu khiến cảm biến này trở thành ứng cử viên đầy hứa hẹn để giám sát hệ thống pin trong xe điện, nơi độ chính xác và độ tin cậy là tối quan trọng".

Nhóm nghiên cứu cũng lập kế hoạch tăng mật độ các trung tâm NV trong các cảm biến kim cương để có thể mang lại hiệu suất tốt hơn. Hy vọng, nghiên cứu hiện tại và tương lai sẽ sớm cho phép tích hợp công nghệ lượng tử đầy hứa hẹn này vào EV trên quy mô lớn.

Nguyên Ngọc (Theo Interesting Engineering)

Bài liên quan
mca
Tin bài khác
AI trong sản xuất: Giá trị lớn nhất không nằm ở ROI

AI trong sản xuất: Giá trị lớn nhất không nằm ở ROI

Trong bối cảnh sản xuất đang chuyển mình mạnh mẽ, trí tuệ nhân tạo (AI) thường được nhắc đến như “chìa khóa tiết kiệm chi phí” hay “động lực tối ưu hóa quy trình”. Tuy nhiên, việc chỉ đánh giá AI dựa trên lợi tức đầu tư (ROI) ngắn hạn lại là một góc nhìn hạn hẹp. Giá trị thực sự của AI nằm ở khả năng định hình lại văn hóa vận hành, củng cố sự nhất quán trong quy trình và trao quyền cho con người, những yếu tố tạo ra lợi thế cạnh tranh bền vững hơn rất nhiều so với con số tiết kiệm chi phí tức thời.
Sáng chế độc quyền Robot cạo mủ cao su giúp tăng năng suất và giảm tối đa sức lao động

Sáng chế độc quyền Robot cạo mủ cao su giúp tăng năng suất và giảm tối đa sức lao động

Sản phẩm Robot cạo mủ cao su do người Việt Nam làm chủ đã được nghiên cứu chế tạo, thử nghiệm, đưa vào ứng dụng thực tế tại Tổng công ty Cao su Đồng Nai.
Nhận định phiên giao dịch ngày 31/10: Cơ cấu, tiếp tục bán ra các cổ phiếu có tín hiệu suy yếu

Nhận định phiên giao dịch ngày 31/10: Cơ cấu, tiếp tục bán ra các cổ phiếu có tín hiệu suy yếu

Thị trường chứng khoán Việt Nam ngày 30/10 giảm mạnh khi áp lực bán gia tăng ở nhóm vốn hóa lớn, kéo VN-Index mất gần 17 điểm và rơi xuống dưới mốc 1.700. Trong bối cảnh thanh khoản yếu và xu hướng chưa rõ ràng, các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư nên tranh thủ nhịp hồi kỹ thuật để cơ cấu danh mục, tiếp tục bán ra các cổ phiếu có tín hiệu suy yếu nhằm đưa tỷ trọng về mức an toàn.
Chip cấy não phục hồi thị giác: Bước ngoặt trong y học nhãn khoa

Chip cấy não phục hồi thị giác: Bước ngoặt trong y học nhãn khoa

Sau nhiều thập kỷ chìm trong bóng tối, ánh sáng tưởng chừng đã vĩnh viễn rời xa đôi mắt người khiếm thị nay đã được công nghệ đưa trở lại. Science Corporation - Công ty tiên phong trong lĩnh vực công nghệ thần kinh vừa công bố ca phục hồi thị giác đầu tiên trên thế giới nhờ chip cấy não quang học, mở ra kỷ nguyên mới cho y học thần kinh thị giác.
DJI ra mắt gimbal Osmo Mobile 8 với khả năng xoay 360 độ và theo dõi chủ thể thông minh hơn

DJI ra mắt gimbal Osmo Mobile 8 với khả năng xoay 360 độ và theo dõi chủ thể thông minh hơn

DJI tiếp tục củng cố vị thế dẫn đầu trong lĩnh vực thiết bị quay chụp di động khi vừa ra mắt gimbal chống rung Osmo Mobile 8 - phiên bản mới nhất dành cho điện thoại thông minh. Với khả năng xoay 360 độ, công nghệ theo dõi chủ thể nâng cấp và thời lượng pin ấn tượng, sản phẩm hứa hẹn trở thành “trợ thủ” đắc lực cho người dùng sáng tạo nội dung và vloger di động.
IEAE 2025: Kết nối, đổi mới và hướng tới nền công nghiệp điện tử xanh, thông minh

IEAE 2025: Kết nối, đổi mới và hướng tới nền công nghiệp điện tử xanh, thông minh

Triển lãm quốc tế Điện tử và Thiết bị thông minh Việt Nam (IEAE) 2025 chính thức khai mạc sáng 30/10 tại Hà Nội, đánh dấu sự kiện thường niên quan trọng nhằm thúc đẩy giao lưu, hợp tác và đổi mới sáng tạo trong lĩnh vực điện tử tiêu dùng, thiết bị gia dụng và công nghệ thông minh.
Công an tỉnh Lai Châu chủ trì phá chuyên án lừa đảo qua mạng hơn 300 tỷ đồng ở Campuchia

Công an tỉnh Lai Châu chủ trì phá chuyên án lừa đảo qua mạng hơn 300 tỷ đồng ở Campuchia

Đoàn công tác đặc biệt Công an tỉnh Lai Châu phối hợp cùng các đơn vị của Bộ Công an và lực lượng chức năng Campuchia đã đột kích sào huyệt lừa đảo qua mạng, bắt giữ 59 người Việt Nam.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 31/10/2025: Tuổi Mão cẩn thận hao tài, Tuổi Thìn sự nghiệp tốt đẹp

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 31/10/2025: Tuổi Mão cẩn thận hao tài, Tuổi Thìn sự nghiệp tốt đẹp

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 31/10/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Vinamilk: Tổng doanh thu hợp nhất quý 3 tiến sát cột mốc 17 nghìn tỷ đồng

Vinamilk: Tổng doanh thu hợp nhất quý 3 tiến sát cột mốc 17 nghìn tỷ đồng

Tổng doanh thu hợp nhất quý 3 của Vinamilk đạt 16.968 tỷ đồng, tăng 9,1% so với cùng kỳ. Theo đó, tổng doanh thu hợp nhất lũy kế 9 tháng đạt 46.678 tỷ đồng, tăng 0,7% so với cùng kỳ. Cả hoạt động kinh doanh trong nước và nước ngoài của doanh nghiệp sữa hàng đầu Việt Nam đều tăng trưởng so với quý trước.
Thị trường chứng khoán ngày 30/10: Thận trọng trước ngưỡng 1.700 điểm, VN Index quay đầu giảm mạnh

Thị trường chứng khoán ngày 30/10: Thận trọng trước ngưỡng 1.700 điểm, VN Index quay đầu giảm mạnh

Nỗ lực vượt cản 1.700 điểm đầu phiên nhưng bất thành, VN Index quay đầu giảm mạnh gần 17 điểm trong phiên 30/10. Lực bán gia tăng trên diện rộng, đặc biệt tại nhóm ngân hàng và cổ phiếu họ Vin, khiến thị trường nhanh chóng “hụt hơi” sau nhịp hồi ngắn.
song-gia-tri