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
Nhận định phiên giao dịch ngày 26/3: Có thể bắt đầu mở lại vị thế mua

Nhận định phiên giao dịch ngày 26/3: Có thể bắt đầu mở lại vị thế mua

Sau hai phiên hồi phục mạnh, thị trường chứng khoán phát đi tín hiệu tích cực khi lực cầu cải thiện và chỉ số dần lấy lại các mốc quan trọng. Dù vậy, thanh khoản chưa bùng nổ và khối ngoại vẫn bán ròng, nhà đầu tư được khuyến nghị có thể bắt đầu mở lại vị thế mua nhưng cần giải ngân thận trọng.
Lựa chọn công nghệ cảm biến khoảng cách và vị trí thuận lợi

Lựa chọn công nghệ cảm biến khoảng cách và vị trí thuận lợi

Việc sử dụng cảm biến tiệm cận và khoảng cách để phát hiện sự hiện diện và vị trí của các vật thể mà không cần tiếp xúc vật lý trở nên quan trọng trong việc kiểm soát các quy trình công nghiệp như xử lý vật liệu, máy móc nông nghiệp, các hoạt động chế tạo và lắp ráp, và đóng gói thực phẩm, đồ uống và dược phẩm.
Apple công bố lịch WWDC 2026, AI tiếp tục là tâm điểm

Apple công bố lịch WWDC 2026, AI tiếp tục là tâm điểm

Apple vừa công bố lịch tổ chức WWDC 2026, diễn ra từ 8-12/6, với tâm điểm là loạt nâng cấp phần mềm và chiến lược trí tuệ nhân tạo trên toàn hệ sinh thái.
Xây mới 6 trường phổ thông, Hà Nội có thêm hơn 3000 suất học cho học sinh lớp 10

Xây mới 6 trường phổ thông, Hà Nội có thêm hơn 3000 suất học cho học sinh lớp 10

Năm học 2026-2027, Hà Nội có thêm 6 trường trung học phổ thông mới đi vào hoạt động, đồng nghĩa với việc có khoảng hơn 3.000 suất học mới cho học sinh lớp 10.
Dấu ấn giáo dục chính trị từ hoạt động tri ân tại Học viện Chính trị Quốc gia Hồ Chí Minh

Dấu ấn giáo dục chính trị từ hoạt động tri ân tại Học viện Chính trị Quốc gia Hồ Chí Minh

Trong khuôn khổ “Tuần lễ học viên” của lớp Cao cấp Lý luận chính trị K76.B14, các học viên đã được tiếp cận hệ thống kiến thức toàn diện về truyền thống, vai trò và sứ mệnh của Học viện Chính trị Quốc gia Hồ Chí Minh, đồng thời nâng cao nhận thức về nhiệm vụ bảo vệ nền tảng tư tưởng của Đảng trong tình hình mới.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/3/2026: Tuổi Tuất ngày hạnh phúc, tuổi Hợi cần nghỉ nghơi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/3/2026: Tuổi Tuất ngày hạnh phúc, tuổi Hợi cần nghỉ nghơi

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 26/3/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 25/3: VN Index nối dài nhịp hồi phục, nhưng thanh khoản vẫn thấp

Thị trường chứng khoán ngày 25/3: VN Index nối dài nhịp hồi phục, nhưng thanh khoản vẫn thấp

Tiếp nối đà hồi phục của phiên trước, thị trường ngày 25/03 chứng kiến sắc xanh lan rộng trên diện rộng khi VN Index bật tăng gần 2,7%. Tâm lý nhà đầu tư cải thiện rõ rệt, nhưng thanh khoản thấp và khối ngoại vẫn bán ròng mạnh khiến nhịp hồi chưa thực sự vững chắc.
Nhận định phiên giao dịch ngày 25/3: Chưa xác nhận sự đảo chiều xu hướng

Nhận định phiên giao dịch ngày 25/3: Chưa xác nhận sự đảo chiều xu hướng

Dù thị trường đã có nhịp hồi phục sau phiên giảm sâu trước đó, các tín hiệu kỹ thuật và diễn biến dòng tiền vẫn chưa đủ thuyết phục để xác nhận xu hướng đảo chiều. Trong bối cảnh rủi ro ngắn hạn còn hiện hữu, thị trường được dự báo tiếp tục biến động thận trọng.
Giải pháp đa thành phần cho đầu nối công nghiệp trong kỷ nguyên sản xuất số

Giải pháp đa thành phần cho đầu nối công nghiệp trong kỷ nguyên sản xuất số

Trong bối cảnh chuyển đổi số và tự động hóa ngày càng gia tăng, các thành phần nhỏ như đầu nối và cảm biến đang trở thành nền tảng không thể thiếu của hệ sinh thái sản xuất hiện đại. Dù ít được chú ý, các đầu nối công nghiệp đóng vai trò then chốt trong việc duy trì khả năng giao tiếp, đồng bộ hóa và vận hành liên tục của dây chuyền sản xuất dựa trên dữ liệu.
300.000 doanh nghiệp nhỏ và vừa sẽ được hỗ trợ chuyển đổi số

300.000 doanh nghiệp nhỏ và vừa sẽ được hỗ trợ chuyển đổi số

Ngày 16/3, Thủ tướng Chính phủ đã ký ban hành Quyết định phê duyệt Đề án “Chuyển đổi số các doanh nghiệp nhỏ và vừa giai đoạn 2026-2030”. Đây được xem là bước đi quan trọng nhằm thúc đẩy chuyển đổi số khu vực doanh nghiệp nhỏ và vừa - lực lượng giữ vai trò then chốt trong nâng cao năng suất và năng lực cạnh tranh của nền kinh tế.
song-gia-tri