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
Ông Dương Mạnh Sơn được bầu làm Chủ tịch HĐQT PVOIL

Ông Dương Mạnh Sơn được bầu làm Chủ tịch HĐQT PVOIL

Tại Đại hội đồng cổ đông (ĐHĐCĐ) thường niên tổ chức ngày 24/4, Tổng công ty Dầu Việt Nam - CTCP (PVOIL, mã chứng khoán: OIL), đơn vị thành viên của Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam), đã chính thức thông qua công tác nhân sự cấp cao cho nhiệm kỳ 2026 - 2031. Theo đó, ông Dương Mạnh Sơn - Phó Tổng Giám đốc Petrovietnam được bầu vào HĐQT và bầu giữ chức Chủ tịch HĐQT PVOIL.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: SACOMBANK chuyển mình chiến lược sau Đại hội cổ đông 2025

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: SACOMBANK chuyển mình chiến lược sau Đại hội cổ đông 2025

Tuần qua đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ đầu xuân và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh: NHNN cấp phép ngân hàng 100% vốn Hàn Quốc sau 9 năm; Vì sao NAB chọn Việt Nam làm “cứ điểm” an ninh công nghệ; SACOMBANK chuyển mình chiến lược sau Đại hội cổ đông 2025...
[E-Magazine] Biến tần - thiết bị thầm lặng viết lại ngôn ngữ của nhà máy hiện đại

[E-Magazine] Biến tần - thiết bị thầm lặng viết lại ngôn ngữ của nhà máy hiện đại

Có một thời, nhà máy vận hành bằng sức mạnh thuần cơ khí, động cơ quay, dây chuyền chạy, tất cả đều mạnh mẽ nhưng thô ráp, như cơ bắp chưa có thần kinh. Sự ra đời của biến tần không ồn ào, không hào nhoáng, nhưng chính nó đã giúp trí tuệ của con người thâm nhập vào chuyển động, biến công nghiệp từ “chạy được” thành “chạy đúng”.
An ninh dữ liệu trong kỷ nguyên AI: Tội phạm gia tăng mức độ “công nghiệp hóa”

An ninh dữ liệu trong kỷ nguyên AI: Tội phạm gia tăng mức độ “công nghiệp hóa”

Sự bùng nổ của AI, dữ liệu lớn và các công nghệ mới đang tạo ra những bước tiến vượt bậc. Tuy nhiên, chính các nền tảng này đang bị tội phạm công nghệ cao khai thác triệt để. Theo các chuyên gia, chúng ta phải xây dựng cơ chế bảo vệ xuyên suốt vòng đời của dữ liệu và kiểm soát chặt chẽ yếu tố con người - "mắt xích" dễ bị tổn thương nhất.
Petrovietnam đồng thuận cao trong quy trình giới thiệu nhân sự lãnh đạo chủ chốt

Petrovietnam đồng thuận cao trong quy trình giới thiệu nhân sự lãnh đạo chủ chốt

Ngày 24/4, Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) đã tổ chức chuỗi hội nghị triển khai quy trình giới thiệu, kiện toàn nhân sự cấp cao, bao gồm các vị trí Thành viên Hội đồng Thành viên, Tổng Giám đốc và Phó Tổng Giám đốc. Quá trình diễn ra nghiêm túc, bài bản, ghi nhận sự thống nhất cao trong tập thể lãnh đạo đối với phương án nhân sự chủ chốt của Tập đoàn.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/4/2026: Tuổi Tý gặp khó khăn, tuổi Tỵ tin buồn tình cảm

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/4/2026: Tuổi Tý gặp khó khăn, tuổi Tỵ tin buồn tình cảm

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 26/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
AI công nghiệp: Những thiếu sót về sự sẵn sàng cho quyết định quy mô

AI công nghiệp: Những thiếu sót về sự sẵn sàng cho quyết định quy mô

Cisco vừa công bố báo cáo thường niên State of Industrial AI Report, cung cấp cái nhìn toàn diện về mức độ ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong các ngành công nghiệp trọng yếu như sản xuất, năng lượng và giao thông. Báo cáo cho thấy AI đang nhanh chóng chuyển từ giai đoạn thử nghiệm sang triển khai thực tế trong môi trường vật lý, nơi các hệ thống có thể cảm nhận, phân tích và hành động trực tiếp.
Việt Nam - Hàn Quốc: Thúc đẩy hợp tác khoa học, công nghệ theo hướng thực chất, gắn với thực tiễn

Việt Nam - Hàn Quốc: Thúc đẩy hợp tác khoa học, công nghệ theo hướng thực chất, gắn với thực tiễn

Trong khuôn khổ chuyến thăm chính thức Việt Nam của Tổng thống Hàn Quốc, Diễn đàn Khoa học, Công nghệ và Đổi mới sáng tạo Việt Nam - Hàn Quốc đã thống nhất nhiều định hướng hợp tác quan trọng theo hướng thực chất, gắn nghiên cứu với ứng dụng.
Đẩy mạnh hợp tác giáo dục, vun đắp nền tảng lâu dài quan hệ Việt - Trung

Đẩy mạnh hợp tác giáo dục, vun đắp nền tảng lâu dài quan hệ Việt - Trung

Chiều 22/4, tại Đại học Bách khoa Hà Nội, lãnh đạo nhà trường đã có buổi làm việc với đoàn đại biểu đến từ Đại học Thanh Hoa - một trong những trung tâm học thuật hàng đầu thế giới. Không dừng ở hoạt động giao lưu, cuộc gặp được xem là bước đi thực chất nhằm mở rộng hợp tác đào tạo, nghiên cứu và chuyển giao công nghệ, góp phần làm sâu sắc hơn mối quan hệ giáo dục - khoa học giữa Việt Nam và Trung Quốc trong bối cảnh mới.
F88 bứt tốc lợi nhuận quý I/2026: Lãi trước thuế 303 tỷ đồng, ROE tiệm cận 38%

F88 bứt tốc lợi nhuận quý I/2026: Lãi trước thuế 303 tỷ đồng, ROE tiệm cận 38%

Ngày 23/4, tại Hà Nội, Công ty Cổ phần Đầu tư F88 công bố kết quả kinh doanh quý I với lợi nhuận trước thuế đạt 303 tỷ đồng, tăng 2,3 lần so với cùng kỳ và hoàn thành 27% kế hoạch năm. Đáng chú ý, hiệu quả sinh lời tiếp tục cải thiện khi ROE tăng lên 37,9%, nối dài đà tăng trưởng từ mức 34,4% của quý IV/2025.
vn-web
song-gia-tri