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
Chuẩn hóa dữ liệu và AI: hành động mở đường cho thế hệ doanh nghiệp tự vận hành mới

Chuẩn hóa dữ liệu và AI: hành động mở đường cho thế hệ doanh nghiệp tự vận hành mới

Trước áp lực tối ưu chi phí và nâng cao tốc độ ra quyết định, mô hình “doanh nghiệp tự vận hành” đang trở thành đích đến tiếp theo của chuyển đổi số. Tại workshop diễn ra ngày 05/06/2026 tại TP. Hồ Chí Minh, các chuyên gia đã cùng mổ xẻ bài toán cộng hưởng giữa chuẩn hóa dữ liệu, công nghệ IDP và thế hệ AI hành động (AI Agent).
Doanh nghiệp nhỏ tìm lời giải cho bài toán vốn và chuyển đổi tài chính số

Doanh nghiệp nhỏ tìm lời giải cho bài toán vốn và chuyển đổi tài chính số

Tiếp cận vốn và chuyển đổi tài chính số tiếp tục là hai thách thức lớn đối với doanh nghiệp nhỏ và vừa (SMEs), hộ kinh doanh trong bối cảnh áp lực cạnh tranh gia tăng và yêu cầu thích ứng với môi trường kinh doanh ngày càng cao. Đây cũng là vấn đề xuyên suốt được đề cập tại hội thảo “Kết nối và tư vấn giải pháp tài chính cho cộng đồng VINASME” diễn ra ngày 05/06/2026 tại TP. Hồ Chí Minh.
Mô phỏng điều khiển quy trình: “Chìa khóa số” nâng cao hiệu quả các dự án tự động hóa

Mô phỏng điều khiển quy trình: “Chìa khóa số” nâng cao hiệu quả các dự án tự động hóa

Trong bối cảnh các nhà máy ngày càng đẩy mạnh chuyển đổi số, mô phỏng điều khiển quy trình đang trở thành công cụ quan trọng nhằm giảm rủi ro, tối ưu vận hành và nâng cao hiệu quả triển khai tự động hóa. Theo các chuyên gia trong lĩnh vực điều khiển quy trình, mô phỏng không còn đơn thuần là bước thử nghiệm kỹ thuật mà đã phát triển thành một nền tảng chiến lược xuyên suốt vòng đời nhà máy.
Thứ trưởng Bùi Hoàng Phương: Chuyển đổi số phải tạo ra cách làm mới, không chỉ số hóa quy trình cũ

Thứ trưởng Bùi Hoàng Phương: Chuyển đổi số phải tạo ra cách làm mới, không chỉ số hóa quy trình cũ

Chuyển đổi số không đơn thuần là đưa các quy trình hiện có lên môi trường số hay đầu tư thêm công nghệ. Theo Thứ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ Bùi Hoàng Phương, giá trị cốt lõi của chuyển đổi số nằm ở việc tạo ra những cách làm mới, quy trình mới với hiệu quả vượt trội, từ đó giải quyết các vấn đề thực tiễn của người dân, doanh nghiệp và cơ quan quản lý.
Thị trường chứng khoán ngày 5/6: VN-Index hồi phục nhẹ, thanh khoản sụt giảm

Thị trường chứng khoán ngày 5/6: VN-Index hồi phục nhẹ, thanh khoản sụt giảm

Thị trường chứng khoán khép lại phiên giao dịch ngày 5/6 với diễn biến phân hóa rõ nét khi VN-Index quay lại sắc xanh nhưng đà tăng không lan tỏa, trong bối cảnh thanh khoản suy yếu và dòng tiền tiếp tục giữ trạng thái thận trọng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/6/2026: Tuổi Thìn đón cơ hội mới, tuổi Dậu bứt phá trong công việc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/6/2026: Tuổi Thìn đón cơ hội mới, tuổi Dậu bứt phá trong công việc

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 6/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Đẩy mạnh quản trị đô thị, chuyển đổi số và an sinh: Những ưu tiên mới của TP. Hồ Chí Minh

Đẩy mạnh quản trị đô thị, chuyển đổi số và an sinh: Những ưu tiên mới của TP. Hồ Chí Minh

Nhà ở xã hội, chuyển đổi số cộng đồng, vận hành bộ máy mới và quản lý tài nguyên là những nội dung nổi bật được các sở, ngành, địa phương thông tin tại họp báo kinh tế - xã hội TP. Hồ Chí Minh diễn ra vào chiều ngày 04/06/2026
Việt Nam vào top điểm đến được yêu thích nhất ASEAN, vượt nhiều quốc gia trong khu vực

Việt Nam vào top điểm đến được yêu thích nhất ASEAN, vượt nhiều quốc gia trong khu vực

Theo khảo sát mới công bố của Viện ISEAS - Yusof Ishak (Singapore), Việt Nam nằm trong nhóm 4 quốc gia ASEAN được người dân khu vực lựa chọn nhiều nhất để du lịch, làm việc và sinh sống. Kết quả phản ánh sức hút ngày càng lớn của Việt Nam trong bối cảnh du lịch và dịch chuyển lao động nội khối đang tăng trưởng mạnh.
Nhận định phiên giao dịch ngày 5/6: Hạn chế mở vị thế mua mới

Nhận định phiên giao dịch ngày 5/6: Hạn chế mở vị thế mua mới

Dù VN-Index đã có hai phiên tăng điểm liên tiếp và lấy lại mốc 1.830 điểm, các chuyên gia cho rằng thanh khoản suy giảm mạnh cho thấy dòng tiền vẫn đứng ngoài quan sát. Trong bối cảnh xu hướng điều chỉnh chưa bị phá vỡ, nhà đầu tư được khuyến nghị thận trọng và hạn chế mở vị thế mua mới.
Doanh nghiệp sản xuất tăng tốc đánh giá CNTT/OT để chuẩn bị cho AI và chuyển đổi số

Doanh nghiệp sản xuất tăng tốc đánh giá CNTT/OT để chuẩn bị cho AI và chuyển đổi số

Làn sóng ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và chuyển đổi số đang khiến các nhà sản xuất trên toàn cầu đẩy mạnh đánh giá hạ tầng CNTT/OT nhằm đảm bảo hệ thống nhà máy đủ khả năng đáp ứng các yêu cầu mới về kết nối, bảo mật và khả năng vận hành.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc