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
12 triệu lượt khách, doanh thu hàng chục nghìn tỷ đồng: Du lịch Việt Nam lập kỷ lục dịp lễ

12 triệu lượt khách, doanh thu hàng chục nghìn tỷ đồng: Du lịch Việt Nam lập kỷ lục dịp lễ

Hàng loạt địa phương từ đô thị lớn đến vùng di sản, miền núi đều ghi nhận lượng khách tăng cao trong kỳ nghỉ lễ 2026. Sự lan tỏa đồng đều cho thấy sức hút mạnh mẽ của du lịch nội địa và quốc tế.
Thị trường chứng khoán ngày 5/5: Nhóm Vingroup và dầu khí dẫn dắt thị trường

Thị trường chứng khoán ngày 5/5: Nhóm Vingroup và dầu khí dẫn dắt thị trường

Phiên giao dịch ngày 5/5 khép lại với diễn biến tích cực khi VN-Index tăng mạnh hơn 20 điểm, tiến sát vùng tâm lý 1.900 điểm, nhờ lực kéo chủ đạo từ nhóm cổ phiếu Vingroup và sự nhập cuộc của dòng tiền vào nhóm dầu khí về cuối phiên.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/5/2026: Tuổi Dậu gặp nhiều điều thuận lợi, tuổi Tỵ vướng tranh chấp

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/5/2026: Tuổi Dậu gặp nhiều điều thuận lợi, tuổi Tỵ vướng tranh chấp

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 6/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Bộ GD&ĐT yêu cầu chú trọng chuyển đổi số trong tuyển sinh đại học, cao đẳng năm 2026

Bộ GD&ĐT yêu cầu chú trọng chuyển đổi số trong tuyển sinh đại học, cao đẳng năm 2026

Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GDĐT) vừa ban hành văn bản hướng dẫn tuyển sinh đại học, tuyển sinh cao đẳng năm 2026, áp dụng thống nhất trên Hệ thống hỗ trợ tuyển sinh chung. Trong đó, chú trọng chuyển đổi số, thực hiện đăng ký xét tuyển trực tuyến; tăng cường yêu cầu về tính chủ động và trách nhiệm của thí sinh.
Học tăng cường PPO để điều khiển mượt mà xe hai bánh

Học tăng cường PPO để điều khiển mượt mà xe hai bánh

Bài báo này đề xuất một phương pháp học tăng cường (RL) để cải thiện khả năng theo dõi quỹ đạo ở robot di động hai bánh, vốn khó điều khiển do động lực học phi tuyến và các ràng buộc không toàn phương.
Vinamilk báo doanh thu Quý 1 năm 2026 tăng 24,6% so với cùng kỳ

Vinamilk báo doanh thu Quý 1 năm 2026 tăng 24,6% so với cùng kỳ

Kết quả kinh doanh quý 1 năm 2026 của Vinamilk tăng trưởng tích cực so với cùng kỳ năm ngoái nhờ doanh thu nội địa tăng trưởng tốt trở lại sau khi tái định vị thương hiệu, cấu trúc lại hệ thống phân phối và các sản phẩm mới tiên phong xu hướng tiêu dùng. Trong khi đó, doanh thu từ thị trường nước ngoài, xuất khẩu vẫn tăng trưởng ổn định trong bối cảnh biến động khu vực Trung Đông.
Ninh Bình: Bảo tồn di sản văn hóa phi vật thể quốc gia - Lễ hội chùa Long Đọi Sơn

Ninh Bình: Bảo tồn di sản văn hóa phi vật thể quốc gia - Lễ hội chùa Long Đọi Sơn

Chùa Long Đọi Sơn tọa lạc trên núi Đọi linh thiêng, thuộc phường Tiên Sơn, tỉnh Ninh Bình. Ngôi chùa được xây dựng trên đỉnh núi Đọi, trong khuôn viên 2ha vườn rừng. Hằng năm, Lễ hội chùa Long Đọi Sơn được tổ chức từ ngày 18-21/3 âm lịch, với các nghi lễ truyền thống và nhiều hoạt động văn hóa, văn nghệ, thể thao.
Hơn 1,2 triệu thí sinh vẫn có quyền điều chỉnh nguyện vọng đến 17h00 ngày 5/5

Hơn 1,2 triệu thí sinh vẫn có quyền điều chỉnh nguyện vọng đến 17h00 ngày 5/5

Tính đến hết ngày 3/5, cả nước đã có trên 1,2 triệu thí sinh đăng ký dự thi tốt nghiệp THPT năm 2026 - con số ở mức cao so với các năm gần đây. Trong đó, số thí sinh đăng ký miễn thi ngoại ngữ chiếm tỷ lệ thấp, khoảng 0,66%. Thí sinh có quyền điều chỉnh nguyện vọng đến 17h00 hôm nay.
Từ bị động sang chủ động: Giải pháp nào cho bài toán an ninh mạng trong nhà máy?

Từ bị động sang chủ động: Giải pháp nào cho bài toán an ninh mạng trong nhà máy?

Trong bối cảnh hệ thống sản xuất ngày càng phức tạp và kết nối sâu rộng, việc giám sát liên tục các mối nguy an ninh mạng trở thành yêu cầu bắt buộc. Khi 60% doanh nghiệp thừa nhận gặp khó trong phát hiện sự cố kịp thời, các giải pháp giám sát chủ động đang được xem là “lá chắn” giúp bảo vệ hoạt động sản xuất và đảm bảo tuân thủ quy định.
Nhận định phiên giao dịch ngày 5/5: Nắm giữ danh mục

Nhận định phiên giao dịch ngày 5/5: Nắm giữ danh mục

Thị trường được dự báo tiếp tục dao động tích lũy khi VN-Index chịu áp lực điều chỉnh từ nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn và khối ngoại duy trì bán ròng. Trong bối cảnh xu hướng chưa rõ ràng, nhà đầu tư được khuyến nghị giữ ổn định danh mục, hạn chế giao dịch ngắn hạn và chờ cơ hội giải ngân tại các vùng hỗ trợ phù hợp.
vn-web
song-gia-tri