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
tan-hoang-minh
Tin bài khác
BSR xuất bán lô Diesel sinh học B5 đầu tiên sau thử nghiệm B100

BSR xuất bán lô Diesel sinh học B5 đầu tiên sau thử nghiệm B100

Sau quá trình nghiên cứu, thử nghiệm với nhiên liệu sinh học B100, Tổng công ty Lọc hóa dầu Việt Nam (BSR) đã phối trộn thành công Diesel sinh học B5 và B10, đồng thời xuất bán gần 45 m³ sản phẩm B5 cho hai khách hàng, đánh dấu bước tiến mới trong quá trình phát triển và thương mại hóa nhiên liệu xanh.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/8/2026: Tuổi Mão vận trình khởi sắc, tuổi Tỵ nên tránh quyết định vội vàng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/8/2026: Tuổi Mão vận trình khởi sắc, tuổi Tỵ nên tránh quyết định vội vàng

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 9/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VPBank cải thiện chất lượng tài sản nhờ quản trị rủi ro và công nghệ

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VPBank cải thiện chất lượng tài sản nhờ quản trị rủi ro và công nghệ

Tuần qua đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh: VietinBank được yêu cầu nâng sở hữu Nhà nước lên tối thiểu 65%; VPBank cải thiện chất lượng tài sản nhờ quản trị rủi ro và công nghệ; MB tự tin đạt mục tiêu lợi nhuận 2026...
Humanoid trở thành kỳ lân robot hình người đầu tiên của châu Âu

Humanoid trở thành kỳ lân robot hình người đầu tiên của châu Âu

Công ty phát triển trí tuệ nhân tạo và robot hình người Humanoid có trụ sở tại Anh vừa huy động thành công 152 triệu USD trong vòng gọi vốn Series A, đưa mức định giá doanh nghiệp lên 1,35 tỷ USD và chính thức trở thành kỳ lân robot hình người đầu tiên của châu Âu.
Đề xuất cắt giảm 47 điều kiện kinh doanh trong lĩnh vực công nghệ

Đề xuất cắt giảm 47 điều kiện kinh doanh trong lĩnh vực công nghệ

Chính phủ đề xuất cắt giảm 47, đơn giản hóa 4 và sửa đổi, bổ sung 3 điều kiện kinh doanh trong các lĩnh vực tần số vô tuyến điện, viễn thông, giao dịch điện tử và chuyển giao công nghệ, đồng thời đẩy mạnh phân quyền, đơn giản hóa thủ tục hành chính.
BIDV và những giải pháp trợ lực công nghệ, tài chính

BIDV và những giải pháp trợ lực công nghệ, tài chính

Hòa cùng khí thế bứt tốc của chiến dịch "100 ngày chuyển đổi số" trên toàn địa bàn Thủ đô, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) triển khai chương trình hỗ trợ chuyển đổi số và tín dụng quy mô lớn cho doanh nghiệp, hộ kinh doanh và các đơn vị sự nghiệp.
Thị trường chứng khoán ngày 7/8: Nhóm cổ phiếu Nhà nước bứt phá, VN Index hồi phục sau hai phiên giảm

Thị trường chứng khoán ngày 7/8: Nhóm cổ phiếu Nhà nước bứt phá, VN Index hồi phục sau hai phiên giảm

VN Index hồi phục nhẹ sau hai phiên giảm, khi dòng tiền bất ngờ tập trung mạnh vào nhóm doanh nghiệp có vốn Nhà nước. Tuy nhiên, cây nến Doji cùng sự phân hóa ở nhiều nhóm ngành lớn cho thấy thị trường vẫn đang giằng co trong quá trình điều chỉnh từ vùng kháng cự 1.800 điểm.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/8/2026: Tuổi Ngọ đón vận may sự nghiệp, tuổi Thân nên cân nhắc trước khi đầu tư

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/8/2026: Tuổi Ngọ đón vận may sự nghiệp, tuổi Thân nên cân nhắc trước khi đầu tư

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 8/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Liên hiệp Hội Việt Nam góp ý hoàn thiện Dự án Luật Phổ biến, giáo dục pháp luật

Liên hiệp Hội Việt Nam góp ý hoàn thiện Dự án Luật Phổ biến, giáo dục pháp luật

Chiều 6/8, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp hội) tổ chức Hội thảo góp ý Dự án Luật Phổ biến, giáo dục pháp luật (sửa đổi), thu hút sự tham gia của nhiều chuyên gia, nhà khoa học và nhà quản lý.
AI và tự động hóa thông minh tái định hình vận hành tòa nhà công nghiệp

AI và tự động hóa thông minh tái định hình vận hành tòa nhà công nghiệp

Trong bối cảnh chi phí năng lượng liên tục gia tăng và yêu cầu sản xuất ngày càng khắt khe, các tòa nhà công nghiệp đang chuyển mình từ vai trò là hạ tầng phục vụ sản xuất sang trở thành một "tài sản thông minh" có khả năng tự tối ưu vận hành. Xu hướng này được thúc đẩy bởi sự kết hợp giữa trí tuệ nhân tạo (AI), phân tích dự đoán và các hệ thống điều khiển tự động, mở ra một mô hình quản lý cơ sở sản xuất hiệu quả hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và có khả năng thích ứng với biến động của thị trường.
song-gia-tri