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
ar
Tin bài khác
[E-Magazine] Người viết nhịp cho robot

[E-Magazine] Người viết nhịp cho robot

Trong những nhà máy ô tô hiện đại như VinFast hay THACO, hàng nghìn robot công nghiệp chuyển động nhịp nhàng như một dàn nhạc cơ khí khổng lồ. Ít ai để ý rằng phía sau “bản giao hưởng thép” ấy là những kỹ sư tự động hóa, những người không trực tiếp chạm vào từng cánh tay robot, nhưng lại viết nên nhịp điệu vận hành cho cả nhà máy.
Nghịch lý ESG trong nông nghiệp: Làm tốt nhưng vẫn khó tiếp cận vốn xanh

Nghịch lý ESG trong nông nghiệp: Làm tốt nhưng vẫn khó tiếp cận vốn xanh

Khảo sát 97 hợp tác xã và doanh nghiệp cho thấy, hơn một nửa đã tham gia các thực hành nông nghiệp bền vững, song gần như không tiếp cận được tài chính xanh. Khoảng cách giữa thực hành ESG và nguồn vốn phù hợp đang trở thành điểm nghẽn lớn, đòi hỏi tái thiết chính sách và cơ chế tài chính theo hướng đồng bộ, hiệu quả hơn.
Tìm lời giải công nghệ cho SME đa ngành

Tìm lời giải công nghệ cho SME đa ngành

Phát triển thị trường công nghệ Việt Nam trong giai đoạn hiện nay không nên chỉ được hiểu là mở rộng giao dịch công nghệ. Vấn đề sâu hơn là phải xây dựng được một môi trường trong đó công nghệ được biến thành giá trị kinh tế, giá trị quản trị và giá trị cạnh tranh. Với doanh nghiệp nhỏ và vừa (SME) trong công nghiệp, thương mại, dịch vụ và logistics, công nghệ chỉ thật sự có ý nghĩa khi nó giúp làm tốt hơn một việc cụ thể, tháo được một điểm nghẽn cụ thể và mở ra một giá trị mới có thể đo được.
Tự động hóa kho hàng trong bối cảnh thiếu hụt lao động

Tự động hóa kho hàng trong bối cảnh thiếu hụt lao động

Trong bối cảnh chuỗi cung ứng toàn cầu chịu áp lực từ sự bùng nổ thương mại điện tử và kỳ vọng giao hàng nhanh, tình trạng thiếu hụt lao động kho bãi đang trở thành thách thức mang tính cấu trúc. Tự động hóa, vốn được thiết kế để thay thế các công việc lặp lại, nguy hiểm và kém hấp dẫn, đang nổi lên như một giải pháp chiến lược nhằm duy trì năng suất và khả năng cạnh tranh.
Nuôi dưỡng tài năng STEM ngay từ tiểu học

Nuôi dưỡng tài năng STEM ngay từ tiểu học

Có khoảng 60 - 65% học sinh phổ thông lựa chọn theo học lĩnh vực khoa học xã hội, dẫn tới nguồn nhân lực chất lượng cao khối ngành khoa học, kỹ thuật luôn thiếu. Đó là thống kê đến từ Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GDĐT) trong Hội thảo “Giáo dục STEM - Định hướng đào tạo nhân lực từ trường phổ thông”, trong khuôn khổ sự kiện Vòng chung kết Cuộc thi Nghiên cứu khoa học, kỹ thuật cấp quốc gia dành cho học sinh PTCS và PTTH năm học 2025-2026, tại Đại học Phenikaa.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 23/3/2026: Tuổi Thìn khá may mắn, tuổi Dần trục trặc bất ngờ

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 23/3/2026: Tuổi Thìn khá may mắn, tuổi Dần trục trặc bất ngờ

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 23/3/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Daviteq tuyển 15 kỹ thuật viên sản xuất điện tử

Daviteq tuyển 15 kỹ thuật viên sản xuất điện tử

Daviteq đang tuyển dụng 15 kỹ thuật viên sản xuất điện tử làm việc tại TP.HCM, với hình thức part-time và full-time. Ứng viên sẽ được đào tạo trực tiếp về công nghệ IoT, cảm biến không dây và tham gia vào quy trình sản xuất – kiểm thử sản phẩm công nghệ cao.
Công nghệ viễn thám mang lại những lợi ích đặc biệt, vượt xa ý nghĩa thương mại đơn thuần

Công nghệ viễn thám mang lại những lợi ích đặc biệt, vượt xa ý nghĩa thương mại đơn thuần

Ngày 20/3, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đã có buổi thăm quan và sinh hoạt khoa học tại Trung tâm Vũ trụ Việt Nam (VNSC) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Sau khi VNSC được khánh thành vào ngày 13/3/2026, hoạt động này đã tạo cơ hội kết nối giữa các chuyên gia, trí thức VUSTA với các nhà khoa học trong lĩnh vực công nghệ vũ trụ.
Chìa khóa biến dữ liệu công nghiệp thành giá trị thực tiễn

Chìa khóa biến dữ liệu công nghiệp thành giá trị thực tiễn

Trong kỷ nguyên sản xuất hiện đại, các nhà máy đang tạo ra lượng dữ liệu khổng lồ từ máy móc và hệ thống vận hành. Tuy nhiên, phần lớn dữ liệu này vẫn chưa được khai thác hiệu quả. Trong bối cảnh thiếu hụt lao động, áp lực tăng thời gian hoạt động và yêu cầu tối ưu hiệu quả tổng thể thiết bị (OEE), việc chỉ thu thập dữ liệu là chưa đủ, các doanh nghiệp cần tiến thêm một bước là biến dữ liệu thành hành động.
Nghị định 71/NĐ-CP: Tăng cường công cụ pháp lý trong xử phạt năng lượng nguyên tử

Nghị định 71/NĐ-CP: Tăng cường công cụ pháp lý trong xử phạt năng lượng nguyên tử

Việc ban hành Nghị định số 71/2026/NĐ-CP nhằm hoàn thiện hành lang pháp lý để xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực năng lượng nguyên tử, tạo khung khổ pháp lý để răn đe, xử lý nghiêm các hành vi vi phạm trong các hoạt động ứng dụng bức xạ, hạt nhân cần phải được kiểm soát.
song-gia-tri