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
dai-hoi-dang
Tin bài khác
Nhận định phiên giao dịch ngày 16/1: Kiểm định vùng 1.850 – 1.860 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 16/1: Kiểm định vùng 1.850 – 1.860 điểm

Sau phiên 15/1 giảm mạnh dưới áp lực chốt lời, VN-Index lùi về 1.864,8 điểm và có thời điểm mất sát mốc 1.845 điểm trước khi hồi nhẹ cuối phiên. Diễn biến này cho thấy thị trường đang trong nhịp điều chỉnh kỹ thuật, với khả năng kiểm định vùng hỗ trợ 1.850–1.860 điểm trong phiên 16/1.
Những thành tựu nổi bật ngành khoa học công nghệ 2025

Những thành tựu nổi bật ngành khoa học công nghệ 2025

Năm 2025 đánh dấu bước chuyển mạnh mẽ của ngành khoa học và công nghệ Việt Nam, với hàng loạt dấu ấn nổi bật từ tái cấu trúc bộ máy quản lý, hoàn thiện thể chế, xác lập các công nghệ chiến lược, đến bứt phá về hạ tầng số và lan tỏa tri thức số trong xã hội. Những thành tựu này không chỉ khẳng định vai trò then chốt của khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số, mà còn tạo nền tảng quan trọng cho tăng trưởng nhanh và bền vững của đất nước trong giai đoạn mới.
Tái bản nhiều ấn phẩm đặc biệt chào mừng Đại hội Đảng lần thứ XIV

Tái bản nhiều ấn phẩm đặc biệt chào mừng Đại hội Đảng lần thứ XIV

Chủ tịch Hồ Chí Minh là người thầy vĩ đại của cách mạng Việt Nam, người sáng lập và rèn luyện Đảng ta, người Cha kính yêu của toàn dân tộc. Thiết thực chào mừng Đại hội XIV của Đảng, Nhà xuất bản Chính trị quốc gia Sự thật tái bản các công trình đồ sộ: Hồ Chí Minh Toàn tập (15 tập), Hồ Chí Minh - Biên niên tiểu sử (10 tập) và Chủ tịch Hồ Chí Minh - Ngày này năm xưa (2 tập). Những tư liệu quý giá này góp phần bồi đắp niềm tin, bảo vệ nền tảng tư tưởng của Đảng, đưa dân tộc Việt Nam vững bước vào kỷ nguyên vươn mình phát triển.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/1/2026: Tuổi Sửu không nên vội vàng, tuổi Tuất lạc quan

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/1/2026: Tuổi Sửu không nên vội vàng, tuổi Tuất lạc quan

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 16/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Hội nghị Bộ trưởng Số ASEAN lần thứ 6: Chung tay kiến tạo không gian số an toàn, bao trùm

Hội nghị Bộ trưởng Số ASEAN lần thứ 6: Chung tay kiến tạo không gian số an toàn, bao trùm

Sáng 15/01/2026, tại Hà Nội, Hội nghị Bộ trưởng Số ASEAN (ADGMIN) lần thứ 6 do Việt Nam đăng cai tổ chức đã chính thức diễn ra.
Thị trường chứng khoán ngày 15/1: Cổ phiếu trụ bị chốt lời hàng loạt, VN Index điều chỉnh phiên thứ hai liên tiếp

Thị trường chứng khoán ngày 15/1: Cổ phiếu trụ bị chốt lời hàng loạt, VN Index điều chỉnh phiên thứ hai liên tiếp

Dù VN Index tiếp tục giảm điểm và khối ngoại tăng cường bán ròng, thị trường không rơi vào trạng thái tiêu cực. Dòng tiền có dấu hiệu rời nhóm trụ để tìm đến midcap, giúp số mã tăng vẫn chiếm ưu thế và nhiều nhóm ngành hồi phục tích cực.
Siemens và VSIP hợp tác thu hút các nhà đầu tư trung tâm dữ liệu đẳng cấp quốc tế tại Việt Nam

Siemens và VSIP hợp tác thu hút các nhà đầu tư trung tâm dữ liệu đẳng cấp quốc tế tại Việt Nam

Công ty TNHH Siemens Việt Nam và Công ty Liên doanh TNHH Khu Công nghiệp Việt Nam - Singapore (VSIP) vừa chính thức công bố quan hệ đối tác công nghệ chiến lược nhằm thúc đẩy phát triển các khu trung tâm dữ liệu hiện đại trên toàn Việt Nam.
Hơn 600 phóng viên Việt Nam và quốc tế sẽ tác nghiệp tại Đại hội XIV của Đảng

Hơn 600 phóng viên Việt Nam và quốc tế sẽ tác nghiệp tại Đại hội XIV của Đảng

Trung tâm Báo chí Đại hội XIV của Đảng chính thức khai trương vào chiều 14/1, tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia, phục vụ cho hơn 600 nhà báo, phóng viên Việt Nam và quốc tế sẽ tham gia tác nghiệp tại Đại hội XIV của Đảng.
An ninh mạng Việt Nam 2025: Số vụ tấn công giảm, rủi ro với doanh nghiệp lại tăng

An ninh mạng Việt Nam 2025: Số vụ tấn công giảm, rủi ro với doanh nghiệp lại tăng

Dù tổng số cuộc tấn công mạng trong năm 2025 giảm gần 20% so với năm trước, hơn một nửa cơ quan, doanh nghiệp tại Việt Nam vẫn ghi nhận thiệt hại. Báo cáo mới của Hiệp hội An ninh mạng quốc gia cho thấy tin tặc đang chuyển sang các chiến lược tấn công có chọn lọc, tinh vi hơn, trong khi nhiều tổ chức vẫn thiếu hụt nghiêm trọng về nhân lực và giải pháp bảo mật.
Gỡ điểm nghẽn để LNG Việt Nam kết nối sâu chuỗi cung ứng năng lượng toàn cầu

Gỡ điểm nghẽn để LNG Việt Nam kết nối sâu chuỗi cung ứng năng lượng toàn cầu

Ngày 14/1, tại Hà Nội đã diễn ra Diễn đàn “Kết nối doanh nghiệp khí Việt Nam với chuỗi cung ứng năng lượng quốc tế”, nhằm bàn các giải pháp cụ thể hoá Nghị quyết 70-NQ/TW về bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045.
song-gia-tri