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
Tin bài khác
FPT bắt tay "ông lớn" công nghệ UAE và Tập đoàn Việt Thái, phát triển trung tâm dữ liệu quy mô lớn

FPT bắt tay "ông lớn" công nghệ UAE và Tập đoàn Việt Thái, phát triển trung tâm dữ liệu quy mô lớn

Tập đoàn FPT vừa ký kết loạt thỏa thuận hợp tác chiến lược nhằm phát triển trung tâm dữ liệu quy mô lớn tại Việt Nam, qua đó góp phần xây dựng hạ tầng công nghệ số hiện đại, nâng cao năng lực cạnh tranh dài hạn cho Trung tâm Tài chính Quốc tế và thúc đẩy tăng trưởng bền vững của nền kinh tế số.
Thị trường chứng khoán ngày 10/2: VN Index giằng co mạnh khi nhóm Vin nâng đỡ thị trường

Thị trường chứng khoán ngày 10/2: VN Index giằng co mạnh khi nhóm Vin nâng đỡ thị trường

Thị trường ghi nhận diễn biến trái chiều khi VN Index tăng mạnh trong phiên sáng nhưng nhanh chóng suy yếu về cuối phiên, đóng cửa sát tham chiếu và tạo cây nến Doji. Dòng tiền phân hóa rõ nét giữa các nhóm cổ phiếu, trong bối cảnh tâm lý nhà đầu tư vẫn thận trọng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/2/2026: Tuổi Tý gặp nhiều may mắn, tuổi Thìn đem lại xui xẻo

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/2/2026: Tuổi Tý gặp nhiều may mắn, tuổi Thìn đem lại xui xẻo

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 11/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Nhận định phiên giao dịch ngày 10/2: VN-Index có thể tiếp tục quán tính giảm

Nhận định phiên giao dịch ngày 10/2: VN-Index có thể tiếp tục quán tính giảm

Phiên giao dịch ngày 9/2 cho thấy VN-Index tiếp tục dao động giằng co trong bối cảnh thanh khoản suy giảm và tâm lý nhà đầu tư thận trọng. Trước áp lực bán vẫn hiện hữu và dòng tiền chưa có dấu hiệu cải thiện rõ rệt, chỉ số được dự báo có thể tiếp tục quán tính giảm trong phiên giao dịch ngày 10/2 để kiểm định các vùng hỗ trợ thấp hơn.
Tự động hóa kho hàng năm 2026: Từ tăng trưởng lệch pha đến mở rộng bền vững

Tự động hóa kho hàng năm 2026: Từ tăng trưởng lệch pha đến mở rộng bền vững

Sau một năm 2025 nhiều biến động, thị trường tự động hóa kho hàng đang bước vào năm 2026 với những tín hiệu tích cực hơn, dù vẫn tồn tại không ít rủi ro tiềm ẩn. Bức tranh toàn ngành cho thấy sự chuyển dịch quan trọng: từ tăng trưởng phụ thuộc vào một số “ông lớn” sang xu hướng mở rộng cân bằng và bền vững hơn.
Nestlé Việt Nam lan tỏa Tết 2026: Sum vầy là điều quý giá

Nestlé Việt Nam lan tỏa Tết 2026: Sum vầy là điều quý giá

Sau hơn 1 tháng thực hiện, chiến dịch Tết 2026 với thông điệp “Cầu Gì Hơn Phút Giây Này Bên Nhau” do Nestlé Việt Nam triển khai ghi nhận sự hưởng ứng của hơn 350.000 người, cùng lan tỏa thông điệp trân quý từng khoảnh khắc sum vầy - điều tưởng như giản đơn nhưng ngày càng trở nên quý giá giữa nhịp sống hiện đại nhộn nhịp.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/2/2026: Tuổi Mùi tài chính dư dả, tuổi Tuất gặp trục trặc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/2/2026: Tuổi Mùi tài chính dư dả, tuổi Tuất gặp trục trặc

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 10/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Dassault Systèmes và NVIDIA bắt tay xây dựng nền tảng AI công nghiệp thế hệ mới

Dassault Systèmes và NVIDIA bắt tay xây dựng nền tảng AI công nghiệp thế hệ mới

Dassault Systèmes và NVIDIA vừa công bố quan hệ hợp tác chiến lược dài hạn nhằm phát triển kiến trúc AI công nghiệp chung, kết hợp công nghệ Bản sao số (Virtual Twin) với hạ tầng và nền tảng AI hiệu năng cao. Sự hợp tác này được kỳ vọng sẽ đặt nền móng cho thế hệ AI “vật lý”, có khả năng mô phỏng và thấu hiểu thế giới thực, qua đó thúc đẩy đổi mới sáng tạo trong nhiều lĩnh vực công nghiệp then chốt.
Đi sắm ‘của ngon, vật lạ’ ở Hội chợ Mùa Xuân 2026

Đi sắm ‘của ngon, vật lạ’ ở Hội chợ Mùa Xuân 2026

Hội chợ mùa Xuân lần thứ nhất năm 2026 với chủ đề "Kết nối thịnh vượng - Đón Xuân huy hoàng", tổ chức tại Trung tâm Hội chợ Triển lãm Quốc gia (VEC) xã Đông Anh, Hà Nội đã bước sang ngày thứ 8. Sức mua tại hội chợ tuy không đột phá, nhưng khá ổn định, tăng vào dịp cuối tuần. Bán chạy nhất là các mặt hàng thực phẩm, đồ uống, bánh kẹo, mỹ phẩm phục vụ nhu cầu của người dân dịp cận Tết Bính Ngọ.
Thị trường chứng khoán ngày 9/2: Cổ phiếu Ngân hàng điều chỉnh, thị trường đi ngang

Thị trường chứng khoán ngày 9/2: Cổ phiếu Ngân hàng điều chỉnh, thị trường đi ngang

Áp lực điều chỉnh tại nhóm cổ phiếu ngân hàng tiếp tục chi phối diễn biến thị trường trong phiên giao dịch ngày 9/2, khiến VN-Index thiếu động lực bứt phá và chủ yếu dao động trong biên độ hẹp quanh mốc tham chiếu. Thanh khoản sụt giảm mạnh cho thấy tâm lý thận trọng của nhà đầu tư khi kỳ nghỉ Tết Nguyên đán đang đến gần.
song-gia-tri