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
vcca2026
Tin bài khác
Thị trường chứng khoán ngày 17/6: Thanh khoản tích cực nhưng VN Index vẫn hụt hơi trước áp lực từ nhóm Vin

Thị trường chứng khoán ngày 17/6: Thanh khoản tích cực nhưng VN Index vẫn hụt hơi trước áp lực từ nhóm Vin

Dù VN Index giảm nhẹ nhưng độ rộng thị trường lại nghiêng về sắc xanh. Dòng tiền có cải thiện nhưng áp lực bán mạnh từ khối ngoại, đặc biệt tại nhóm Vin, khiến chỉ số chưa thể bứt phá.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/6/2026: Tuổi Tỵ tài lộc khởi sắc, tuổi Dần cần tránh nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/6/2026: Tuổi Tỵ tài lộc khởi sắc, tuổi Dần cần tránh nóng vội

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 18/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
VCCA 2026: Kết nối 4 nhà thúc đẩy sản xuất thông minh

VCCA 2026: Kết nối 4 nhà thúc đẩy sản xuất thông minh

Với chủ đề “Tự động hóa thông minh - Công nghệ chiến lược của Kỷ nguyên số”, Hội nghị Khoa học và Triển lãm quốc tế lần thứ 8 về Điều khiển và Tự động hóa (VCCA 2026) sẽ diễn ra tại thành phố Quy Nhơn, tỉnh Gia Lai từ ngày 16-18/7/2026. Sự kiện do Hội Tự động hóa Việt Nam chủ trì phối hợp cùng Sở KH & CN và các Sở/ngành tỉnh Gia Lai tổ chức; Trường Đại học Quy Nhơn là đơn vị đăng cai.
SPT và Naiscorp Robotics hợp tác phát triển AI, robot và hạ tầng số thế hệ mới

SPT và Naiscorp Robotics hợp tác phát triển AI, robot và hạ tầng số thế hệ mới

Tổng Công ty Cổ phần Dịch vụ Bưu chính Viễn thông Sài Gòn (SPT) và Công ty Cổ phần Công nghệ Thông minh Naiscorp Robotics đã ký kết thỏa thuận hợp tác chiến lược nhằm phát triển, tích hợp và thương mại hóa các giải pháp công nghệ thế hệ mới trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo (AI), robot, tự động hóa thông minh và chuyển đổi số.
Ca sĩ Châu Á David Le- Hành trình 20 năm tuổi Đảng, 30 năm cống hiến vì nghệ thuật và cộng đồng.

Ca sĩ Châu Á David Le- Hành trình 20 năm tuổi Đảng, 30 năm cống hiến vì nghệ thuật và cộng đồng.

Có những hành trình được đo bằng thời gian, nhưng cũng có những hành trình được ghi dấu bằng chiều sâu của sự cống hiến, lòng quả cảm và tình yêu cháy bỏng dành cho Tổ quốc.
Bài 2: Phía sau những bánh xe xanh

Bài 2: Phía sau những bánh xe xanh

Một chiếc xe điện lướt qua phố trông nhẹ đến mức người ta dễ quên phía sau nó là một cấu trúc rất nặng, đó là nhà máy, pin, trạm sạc, dòng vốn, dữ liệu vận hành, người thợ, chính sách đô thị và những tính toán sinh kế của người lái xe. Khi xe điện VinFast xuất hiện ngày càng nhiều, câu hỏi lớn không còn là nó có mặt hay không, mà là hệ thống nâng đỡ nó có đủ bền để đi đường dài hay không.
Xuất xưởng chiếc xe máy thứ 1 triệu, VinFast tạo dấu ấn sau 8 năm gia nhập thị trường xe điện

Xuất xưởng chiếc xe máy thứ 1 triệu, VinFast tạo dấu ấn sau 8 năm gia nhập thị trường xe điện

Nhà máy VinFast Hải Phòng vừa xuất xưởng chiếc xe máy điện thứ một triệu, tính từ khi chiếc Klara lăn bánh khỏi dây chuyền hồi tháng 11/2018.
Thị trường chứng khoán ngày 16/6: Nhóm chứng khoán nổi sóng, VN Index vượt 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 16/6: Nhóm chứng khoán nổi sóng, VN Index vượt 1.800 điểm

VN Index tăng hơn 8 điểm và giữ được vùng 1.800 điểm, nhưng thanh khoản lại giảm sâu. Dòng tiền chỉ tập trung ở một số nhóm, nổi bật là nhóm chứng khoán, trong khi nhóm bluechip vẫn giao dịch phân hóa.
Cảnh sát Indonesia ‘biến hình’ VF3 thành xe công vụ

Cảnh sát Indonesia ‘biến hình’ VF3 thành xe công vụ

Chiếc xe ô tô điện VF3 của VinFast vừa gây bất ngờ với công chúng, khi ghi dấu ấn trong đội hình của cảnh sát Indonesia. Không chỉ là chiếc xe có doanh số cao nhất tại trong thị trường xe điện của hãng, VF3 còn được lựa chọn cho một mục đích đặc biệt khi trở thành phương tiện hỗ trợ lực lượng cảnh sát giao thông quốc tế triển khai công nghệ giám sát vi phạm bằng máy bay không người lái.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/6/2026: Tuổi Ngọ tài lộc khởi sắc, tuổi Thìn cần đề phòng thị phi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/6/2026: Tuổi Ngọ tài lộc khởi sắc, tuổi Thìn cần đề phòng thị phi

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 17/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
vn-web
song-gia-tri
gao-doc