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
D’. Diamant Bleu - Phức hợp căn hộ hàng hiệu và liên tháp tài chính quốc tế đầu tiên tại phía Đông Hà Nội

D’. Diamant Bleu - Phức hợp căn hộ hàng hiệu và liên tháp tài chính quốc tế đầu tiên tại phía Đông Hà Nội

Với quy mô hoành tráng, sự kiện "D’. Diamant Bleu Inspirational Event – A Diamond Crafted From The Sky" ngay lập tức đã trở thành tâm điểm của thị trường bất động sản Hà Nội khi quy tụ hơn 1.500 chuyên viên kinh doanh từ gần 30 đơn vị phân phối bất động sản hàng đầu.
Chu kỳ sử dụng laptop kéo dài hơn: Khả năng nâng RAM có quan trọng trở lại?

Chu kỳ sử dụng laptop kéo dài hơn: Khả năng nâng RAM có quan trọng trở lại?

Người dùng hiện không còn thay laptop quá nhanh như trước, trong khi nhu cầu học online, làm việc đa nhiệm và dùng nhiều ứng dụng cùng lúc lại tăng lên. Trong bối cảnh đó, khả năng nâng RAM đang được nhắc lại như một tiêu chí đáng chú ý, nhất là với nhóm laptop phục vụ học tập và văn phòng như ASUS Vivobook.
Lệnh cấm mới cho thấy cuộc cạnh tranh công nghệ Mỹ - Trung leo thang

Lệnh cấm mới cho thấy cuộc cạnh tranh công nghệ Mỹ - Trung leo thang

Chính quyền Tổng thống Donald Trump tuyên bố cấm nhập khẩu robot tiên tiến và bộ biến tần điện mới từ Trung Quốc nhằm bảo vệ thị trường Mỹ.
Hoàn thiện pháp quy hạt nhân, tạo nền tảng triển khai chương trình điện hạt nhân quốc gia

Hoàn thiện pháp quy hạt nhân, tạo nền tảng triển khai chương trình điện hạt nhân quốc gia

Ngày 30/7, tại Quảng Ninh, Bộ Khoa học và Công nghệ phối hợp với UBND tỉnh Quảng Ninh tổ chức Hội nghị Pháp quy hạt nhân toàn quốc lần thứ VII với chủ đề "Kiến tạo thể chế - Bảo đảm an toàn - Dẫn dắt phát triển".
Nhận định phiên giao dịch ngày 31/7: Hạn chế mua mới khi thị trường tiếp tục tăng mạnh

Nhận định phiên giao dịch ngày 31/7: Hạn chế mua mới khi thị trường tiếp tục tăng mạnh

VN-Index ghi nhận phiên tăng thứ ba liên tiếp với mức tăng gần 40 điểm, dòng tiền lan tỏa rộng và thanh khoản cải thiện mạnh. Tuy nhiên, xu hướng đảo chiều vẫn cần thêm tín hiệu xác nhận khi chỉ số đang tiến gần vùng kháng cự quan trọng. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư duy trì sự thận trọng, hạn chế mua mới trong các phiên tăng mạnh và cân nhắc hạ tỷ trọng khi thị trường tiếp cận vùng cản.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 31/7/2026: Tuổi Sửu gặp nhiều cơ hội phát triển, tuổi Tỵ nên thận trọng lời ăn tiếng nói

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 31/7/2026: Tuổi Sửu gặp nhiều cơ hội phát triển, tuổi Tỵ nên thận trọng lời ăn tiếng nói

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 31/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Thị trường chứng khoán ngày 30/7: VN Index tăng gần 40 điểm, dòng tiền lan tỏa mạnh sau tín hiệu tích cực từ Fed

Thị trường chứng khoán ngày 30/7: VN Index tăng gần 40 điểm, dòng tiền lan tỏa mạnh sau tín hiệu tích cực từ Fed

Quyết định giữ nguyên lãi suất của Fed đã tạo cú hích mạnh cho tâm lý nhà đầu tư, giúp VN Index tăng gần 40 điểm. Thanh khoản vượt mức trung bình, khối ngoại mua ròng trở lại và sắc xanh lan tỏa trên hầu hết các nhóm ngành, đánh dấu phiên giao dịch tích cực nhất trong nhiều tuần.
Nền tảng số sẽ theo dõi ngân sách chi cho các hoạt động khoa học và công nghệ

Nền tảng số sẽ theo dõi ngân sách chi cho các hoạt động khoa học và công nghệ

Bộ Khoa học & Công nghệ (KH&CN) đang hoàn thiện nền tảng số để tiếp nhận dữ liệu do địa phương gửi, số hóa và cập nhật lên hệ thống. Các Sở KH&CN sẽ được cấp quyền theo dõi tình hình phân bổ và giải ngân trên địa bàn, đồng thời rà soát, phản hồi nếu phát hiện sai lệch.
Tiêu chuẩn GRI: “Hộ chiếu xanh” giúp doanh nghiệp Việt chuẩn hóa dữ liệu phát triển bền vững

Tiêu chuẩn GRI: “Hộ chiếu xanh” giúp doanh nghiệp Việt chuẩn hóa dữ liệu phát triển bền vững

Bản dịch tiếng Việt của Bộ Tiêu chuẩn GRI mở ra cơ hội để doanh nghiệp nâng cao năng lực quản trị dữ liệu ESG, thích ứng với rủi ro khí hậu, tiếp cận nguồn vốn xanh và tham gia sâu hơn vào chuỗi giá trị toàn cầu. Trong tiến trình đó, tự động hóa và chuyển đổi số đóng vai trò là nền tảng giúp các doanh nghiệp xây dựng hệ thống dữ liệu minh bạch, chính xác và có khả năng kiểm chứng.
Từ 5G đến AI: Cơ hội cho nhà khoa học trẻ Việt Nam

Từ 5G đến AI: Cơ hội cho nhà khoa học trẻ Việt Nam

Từ mạng di động, Wi-Fi, GPS đến radar và các hệ thống trí tuệ nhân tạo, kỹ thuật siêu cao tần đang hiện diện trong nhiều công nghệ thiết yếu. Việc các chuyên gia hàng đầu thế giới quy tụ tại Đại học Bách khoa Hà Nội mở ra cơ hội để sinh viên, nhà khoa học trẻ Việt Nam tiếp cận tri thức mới, mở rộng hợp tác và tiến gần hơn tới khả năng làm chủ công nghệ.
song-gia-tri