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
Nhận định phiên giao dịch ngày 12/11: Nắm giữ danh mục, tận dụng nhịp rung lắc để gia tăng tỷ trọng

Nhận định phiên giao dịch ngày 12/11: Nắm giữ danh mục, tận dụng nhịp rung lắc để gia tăng tỷ trọng

VN-Index duy trì sắc xanh trong phiên 11/11 nhờ sự đảo chiều của VIC, dù thanh khoản thị trường suy giảm đáng kể so với mức bình quân 20 phiên. Diễn biến này cho thấy áp lực bán không còn quá lớn sau nhịp tăng mạnh trước đó. Nhà đầu tư được khuyến nghị tiếp tục nắm giữ danh mục và tận dụng các nhịp rung lắc để gia tăng tỷ trọng cổ phiếu trong những phiên tới.
Nâng cấp lưới điện trở thành vấn đề trọng tâm tại hội nghị khí hậu toàn cầu

Nâng cấp lưới điện trở thành vấn đề trọng tâm tại hội nghị khí hậu toàn cầu

Việc hiện đại hóa hạ tầng truyền tải và phân phối điện vì vậy trở thành vấn đề trọng tâm tại Hội nghị khí hậu Liên Hợp Quốc COP31 diễn ra ở Thổ Nhĩ Kỳ.
60 năm Trường Đại học Điện lực: Phía sau ánh sáng

60 năm Trường Đại học Điện lực: Phía sau ánh sáng

Có những dòng chảy không hiện hữu trên bản đồ nhưng bền bỉ góp sức làm nên diện mạo một quốc gia. Đó là dòng chảy tri thức từ những giảng đường, qua bao thế hệ thầy trò, đến những nhà máy, công trình ở mọi miền đất nước.
COP31 tại Thổ Nhĩ Kỳ tập trung vào an ninh năng lượng và giao thông xanh

COP31 tại Thổ Nhĩ Kỳ tập trung vào an ninh năng lượng và giao thông xanh

Ngày 10/11, Hội nghị Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu lần thứ 31 (COP31) tại Antalya, Thổ Nhĩ Kỳ bước sang ngày làm việc thứ hai, tập trung thảo luận về an ninh năng lượng, điện khí hóa và giao thông bền vững.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/11/2026: Tuổi Tuất vận trình khởi sắc, tuổi Thân cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/11/2026: Tuổi Tuất vận trình khởi sắc, tuổi Thân cần thận trọng

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 12/11/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Herbalife chia sẻ kiến thức dinh dưỡng thể thao cho VOC và VFF

Herbalife chia sẻ kiến thức dinh dưỡng thể thao cho VOC và VFF

Herbalife Việt Nam, với mục tiêu trở thành công ty, cộng đồng và nền tảng hàng đầu về sức khỏe và thể chất, đã phối hợp cùng Ủy ban Olympic Việt Nam (VOC) và Liên đoàn Bóng đá Việt Nam (LĐBĐVN) tổ chức hai buổi tập huấn chuyên đề về dinh dưỡng thể thao và hồi phục tại Hà Nội trong hai ngày 9 và 10/11/2026.
Thị trường chứng khoán ngày 11/11: Áp lực bán lấn lướt, VIC và VHM gồng gánh VN Index

Thị trường chứng khoán ngày 11/11: Áp lực bán lấn lướt, VIC và VHM gồng gánh VN Index

VN Index kết phiên trong sắc xanh với mức tăng 3,83 điểm, tuy nhiên diễn biến chung lại không mấy tích cực khi số mã giảm áp đảo và thanh khoản hụt hơi. Riêng VIC và VHM đóng góp xấp xỉ 9 điểm cho chỉ số, cho thấy thị trường vẫn đang phải trông chờ vào nhóm cổ phiếu trụ để duy trì đà hồi phục.
Yêu cầu then chốt trong các đợt dừng bảo dưỡng nhà máy

Yêu cầu then chốt trong các đợt dừng bảo dưỡng nhà máy

Trong các đợt dừng hoạt động để bảo dưỡng, nhà máy thường có nhiều thay đổi về nhân sự, thiết bị, hệ thống cảnh báo và tuyến đường di chuyển. Sự tham gia đồng thời của chủ đầu tư, nhiều nhà thầu và lực lượng ứng phó bên ngoài khiến công tác xử lý tình huống khẩn cấp trở nên phức tạp hơn. Vì vậy, kế hoạch ứng phó không thể chỉ dựa trên quy trình vận hành thông thường mà cần được điều chỉnh theo đúng trạng thái thực tế của nhà máy.
Yamaha và Honda mở rộng dây chuyền sản xuất xe máy điện tại Việt Nam

Yamaha và Honda mở rộng dây chuyền sản xuất xe máy điện tại Việt Nam

Tối ưu hóa khung gầm và hệ truyền động điện, Yamaha và Honda chọn Việt Nam làm trung tâm sản xuất xe máy điện chiến lược để cung ứng cho thị trường toàn cầu.
Đạo pháp trong kỷ nguyên số từ “chùa ảo” đến cơ hội nhập thế và chuyển hoá

Đạo pháp trong kỷ nguyên số từ “chùa ảo” đến cơ hội nhập thế và chuyển hoá

Sự xuất hiện của các phần mềm mô phỏng không gian chùa chiền, những buổi giảng pháp trực tuyến và các hình thức thực hành tâm linh trên mạng đang làm nảy sinh nhiều câu hỏi. Công nghệ giúp Phật pháp đến gần hơn với con người, hay khiến việc tu tập bị giản lược thành những thao tác trên màn hình? “Tu online” là một hình thức tiếp cận mới, hay là sự thay thế không thể có cho sinh hoạt tại cơ sở tu học?
master