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
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.
Bộ GDĐT tổ chức hội nghị toàn quốc quán triệt quy chế thi tốt nghiệp THPT năm 2026

Bộ GDĐT tổ chức hội nghị toàn quốc quán triệt quy chế thi tốt nghiệp THPT năm 2026

Bộ Giáo dục và Đào tạo (GDĐT) vừa tổ chức hội nghị trực tuyến toàn quốc quán triệt quy chế tổ chức Kỳ thi tốt nghiệp THPT năm 2026, giao nhiệm vụ cho các cấp, ngành liên quan.
Nông nghiệp trước áp lực “chuyển đổi kép”: Công nghệ xanh và AI mở đường vào thị trường toàn cầu

Nông nghiệp trước áp lực “chuyển đổi kép”: Công nghệ xanh và AI mở đường vào thị trường toàn cầu

Không chỉ sản xuất ra nông sản chất lượng, doanh nghiệp nông nghiệp Việt Nam đang phải đáp ứng ngày càng nhiều tiêu chuẩn về môi trường, phát thải carbon, truy xuất nguồn gốc và trách nhiệm xã hội. Trong bối cảnh đó, chuyển đổi số gắn với chuyển đổi xanh đang trở thành yêu cầu tất yếu. Đây cũng là thông điệp được các chuyên gia, doanh nghiệp chia sẻ tại Hội thảo và Triển lãm công nghệ nông nghiệp xanh diễn ra ngày 3/6 tại Hà Nội.
Khoảng cách kỹ năng an ninh mạng tiếp tục là điểm yếu của doanh nghiệp trong kỷ nguyên AI

Khoảng cách kỹ năng an ninh mạng tiếp tục là điểm yếu của doanh nghiệp trong kỷ nguyên AI

Báo cáo Khoảng cách Kỹ năng An ninh mạng Toàn cầu 2026 của Fortinet cho thấy tình trạng thiếu hụt nhân lực an ninh mạng vẫn là nguyên nhân hàng đầu dẫn đến các vụ vi phạm bảo mật. Trong khi đó, sự phát triển mạnh mẽ của AI đang tạo thêm áp lực mới cho doanh nghiệp khi vừa mở ra cơ hội phòng thủ, vừa làm gia tăng các nguy cơ tấn công mạng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/6/2026: Tuổi Tỵ công danh rộng mở, tuổi Tuất cẩn trọng thị phi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/6/2026: Tuổi Tỵ công danh rộng mở, tuổi Tuất cẩn trọng 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 5/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 4/6: VN Index bật tăng trở lại, củng cố vùng hỗ trợ 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 4/6: VN Index bật tăng trở lại, củng cố vùng hỗ trợ 1.800 điểm

Sau nhịp giằng co trong phiên sáng, thị trường hồi phục tích cực về cuối phiên nhờ lực kéo từ nhóm Vin, dầu khí và một số cổ phiếu ngân hàng. VN Index đóng cửa tại mức cao nhất ngày, qua đó tiếp tục củng cố vùng hỗ trợ quan trọng 1.800 - 1.810 điểm.
Tân Hoàng Minh Clooection Showcase: Khi hành trình hơn ba thập kỷ được gọi tên

Tân Hoàng Minh Clooection Showcase: Khi hành trình hơn ba thập kỷ được gọi tên

Tập đoàn Tân Hoàng Minh chuẩn bị công bố một định vị thương hiệu được chắt lọc và hệ thống hoá từ những giá trị cốt lõi tích lũy suốt hơn ba thập kỷ và câu chuyện về triết lý đã âm thầm định hình nên những công trình mang dấu ấn riêng biệt.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc