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
VCCA 2026 trao Giải Best Paper cho một giải Nhất, hai giải Nhì và một giải Ba

VCCA 2026 trao Giải Best Paper cho một giải Nhất, hai giải Nhì và một giải Ba

Bài báo cáo "Xây dựng trạm gốc RTK phục vụ định vị chính xác cho máy và robot nông nghiệp” của nhóm tác giả Nguyễn Thị Hiên, Hoàng Xuân Anh, Nguyễn Xuân Trường, Nguyễn Văn Năng (đến từ Học viện Nông nghiệp Việt Nam và Viện Nghiên cứu máy Nông nghiệp, NARO, Nhật Bản) đã dành được giải Nhất giải thưởng Best Paper tại VCCA 2026.
Năng lượng xanh và chuyển đổi xanh: Kiến tạo động lực phát triển mới cho miền Trung - Tây Nguyên

Năng lượng xanh và chuyển đổi xanh: Kiến tạo động lực phát triển mới cho miền Trung - Tây Nguyên

Không chỉ là nơi chia sẻ những công nghệ mới nhất về năng lượng tái tạo, lưu trữ điện hay tự động hóa, sáng ngày 17/7, Diễn đàn Doanh nghiệp với chủ đề "Năng lượng tái tạo, phát triển nguồn nhân lực và chuyển đổi xanh cho khu vực miền Trung - Tây Nguyên" trong khuôn khổ VCCA 2026 còn mở ra những góc nhìn thực tiễn về lộ trình phát triển bền vững của khu vực.
Thị trường chứng khoán ngày 17/7: Thanh khoản “chạm đáy” nhiều tháng, VN Index lại lao dốc

Thị trường chứng khoán ngày 17/7: Thanh khoản “chạm đáy” nhiều tháng, VN Index lại lao dốc

VN Index mất gần 17 điểm nhưng điều khiến giới đầu tư lo ngại hơn là thanh khoản lao xuống mức thấp hiếm thấy. Dòng tiền gần như “đóng băng”, phản ánh tâm lý phòng thủ bao trùm toàn thị trường.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/7/2026: Tuổi Hợi tài lộc khởi sắc, tuổi Dần cần giữ bình tĩnh trước áp lực

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/7/2026: Tuổi Hợi tài lộc khởi sắc, tuổi Dần cần giữ bình tĩnh trước áp lực

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 18/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
VSCF 2026: Hợp lực chuyển đổi xanh, kiến tạo tương lai Net Zero cho ngành Xây dựng Việt Nam

VSCF 2026: Hợp lực chuyển đổi xanh, kiến tạo tương lai Net Zero cho ngành Xây dựng Việt Nam

Ngày 16/7 tại Hà Nội, Diễn đàn Phát triển bền vững ngành Xây dựng Việt Nam (Vietnam Sustainable Construction Forum - VSCF 2026) đã chính thức diễn ra với sự tham dự của lãnh đạo Bộ Xây dựng, Liên đoàn Thương mại và Công nghiệp Việt Nam (VCCI), các tổ chức quốc tế, hiệp hội ngành nghề cùng hàng trăm doanh nghiệp trong lĩnh vực xây dựng, vật liệu xây dựng và bất động sản.
Quỹ SODEISTVIE mở ra triển vọng hợp tác công nghệ giữa Nga và Việt Nam

Quỹ SODEISTVIE mở ra triển vọng hợp tác công nghệ giữa Nga và Việt Nam

Tại Diễn đàn Doanh nghiệp VCCA 2026, đại diện Quỹ Hỗ trợ Doanh nghiệp và Các Chương trình Xã hội SODEISTVIE (Liên bang Nga) đã giới thiệu hàng loạt giải pháp sẵn sàng triển khai trong lĩnh vực tự động hóa, chuyển đổi số và đổi mới sáng tạo, đồng thời bày tỏ mong muốn thiết lập các chương trình hợp tác dài hạn với doanh nghiệp và các tổ chức khoa học - công nghệ của Việt Nam.
BIDV trở thành ngân hàng Việt Nam đầu tiên gia nhập PCAF

BIDV trở thành ngân hàng Việt Nam đầu tiên gia nhập PCAF

Từ ngày 14/5/2026, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) chính thức trở thành thành viên Hiệp hội Kế toán Carbon cho ngành Tài chính (Partnership for Carbon Accounting Financials - PCAF). Là ngân hàng đầu tiên tại Việt Nam tham gia tổ chức này, BIDV đã tạo được một dấu mốc quan trọng trên hành trình nâng cao năng lực đo lường quản lý phát thải khí nhà kính, thúc đẩy tài chính chuyển đổi và hiện thực hóa chiến lược phát triển bền vững.
Về nguồn ở ATK Định Hóa: Hành trình trở về cội nguồn của lý luận và niềm tin

Về nguồn ở ATK Định Hóa: Hành trình trở về cội nguồn của lý luận và niềm tin

Có những bài học không chỉ được tiếp thu từ giáo trình hay những giờ lên lớp. Có những bài học chỉ thực sự thấm khi mỗi người được đặt chân đến những địa danh đã làm nên lịch sử dân tộc, được lặng im trước mái lán đơn sơ của Bác Hồ, được nghe tiếng gió rừng Việt Bắc thì thầm qua những tán cây cổ thụ và hình dung về những năm tháng gian khó nhưng đầy hào hùng của dân tộc.
Phân tích đặc tính của động cơ tự đỡ không rãnh

Phân tích đặc tính của động cơ tự đỡ không rãnh

Bài báo này trình bày quá trình kiểm chứng thực nghiệm toàn diện đối với nguyên mẫu SSBM 3 bậc tự do (3-DOF), tập trung vào việc đặc trưng hóa các lực đỡ hướng kính (F_x, F_y) và mô-men xoắn quay (τ).
VCCA 2026: Diễn đàn doanh nghiệp thúc đẩy kết nối công nghệ thông minh và đổi mới sáng tạo vì tăng trưởng bền vững

VCCA 2026: Diễn đàn doanh nghiệp thúc đẩy kết nối công nghệ thông minh và đổi mới sáng tạo vì tăng trưởng bền vững

Trong khuôn khổ Hội nghị Khoa học và Triển lãm quốc tế về Điều khiển và Tự động hóa lần thứ 8 (VCCA 2026 – AT EXPO 2026), chiều 16/7, Diễn đàn Doanh nghiệp với chủ đề “Công nghệ thông minh, đổi mới sáng tạo trong các lĩnh vực của nền kinh tế” đã quy tụ các nhà khoa học, chuyên gia, doanh nghiệp và nhà quản lý trong nước, quốc tế cùng trao đổi những xu hướng công nghệ mới, chia sẻ kinh nghiệm triển khai chuyển đổi số, AI, tự động hóa và mô hình phát triển hệ sinh thái đổi mới sáng tạo.
vn-web
song-gia-tri