bau-cu-dai-bieu
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
mca-thong-bao
Tin bài khác
Thị trường chứng khoán ngày 10/3: VN-Index tăng gần 24 điểm, dòng tiền bắt đáy quay trở lại

Thị trường chứng khoán ngày 10/3: VN-Index tăng gần 24 điểm, dòng tiền bắt đáy quay trở lại

Sau phiên giảm kỷ lục hơn 115 điểm, thị trường chứng khoán đã phục hồi khi dòng tiền quay trở lại mạnh mẽ, giúp VN-Index tăng gần 24 điểm trong phiên giao dịch hôm nay.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/3/2026: Tuổi Ngọ trời cho lộc, tuổi Hợi khá sa sút

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/3/2026: Tuổi Ngọ trời cho lộc, tuổi Hợi khá sa sút

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 11/3/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Đào tạo an ninh mạng: "Lá chắn" giúp giảm sự cố, nhưng nhiều tổ chức vẫn còn khoảng trống

Đào tạo an ninh mạng: "Lá chắn" giúp giảm sự cố, nhưng nhiều tổ chức vẫn còn khoảng trống

Báo cáo Nghiên cứu Toàn cầu về Nhận thức và Đào tạo An ninh mạng năm 2025 cho thấy các chương trình đào tạo nhận thức bảo mật có thể giúp giảm đáng kể các sự cố an ninh mạng. Tuy nhiên, sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo (AI) cùng với những hạn chế trong quá trình triển khai đào tạo đang tạo ra khoảng cách lớn giữa nhận thức và mức độ sẵn sàng thực tế của nhân viên trong nhiều tổ chức.
Nhận định phiên giao dịch ngày 10/3: Nhà đầu tư nên hạn chế bắt đáy

Nhận định phiên giao dịch ngày 10/3: Nhà đầu tư nên hạn chế bắt đáy

Phiên giao dịch ngày 9/3 chứng kiến VN-Index giảm sâu hơn 115 điểm, đánh dấu mức giảm mạnh nhất lịch sử theo điểm số, khi áp lực giải chấp lan rộng và lực cầu bắt đáy yếu. Trước diễn biến thị trường hoảng loạn và giá dầu tăng mạnh, các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư nên thận trọng, ưu tiên quản trị danh mục và hạn chế bắt đáy.
Quản lý vòng đời tài sản OT: Chìa khóa giảm rủi ro từ các hệ thống công nghiệp lỗi thời

Quản lý vòng đời tài sản OT: Chìa khóa giảm rủi ro từ các hệ thống công nghiệp lỗi thời

Trong môi trường công nghiệp hiện đại, nhiều thiết bị công nghệ vận hành (OT) như PLC, HMI, máy chủ điều khiển và thiết bị mạng vẫn tiếp tục hoạt động dù đã vượt qua vòng đời thiết kế. Mặc dù các hệ thống này vẫn duy trì chức năng vận hành, chúng đồng thời tích lũy nhiều rủi ro tiềm ẩn liên quan đến độ tin cậy, an ninh mạng và tính liên tục của hoạt động sản xuất. Nếu không có cơ chế theo dõi vòng đời tài sản một cách hệ thống, các thiết bị lỗi thời có thể trở thành những điểm yếu nghiêm trọng trong hạ tầng công nghiệp.
Đưa AI vào trường học: Cơ hội công nghệ và bài toán quản trị giáo dục (BÀI 1)

Đưa AI vào trường học: Cơ hội công nghệ và bài toán quản trị giáo dục (BÀI 1)

Trí tuệ nhân tạo (AI) đang đi vào lớp học nhanh hơn nhiều dự báo trước đây. Ở đó, nó vừa mở ra khả năng cá nhân hóa, hỗ trợ phản hồi tức thì, vừa đặt ra những câu hỏi chưa từng có về cách dạy, cách học và cách đánh giá. Tuy nhiên, giữa kỳ vọng và thực tế vẫn còn khoảng cách: nếu không được định hướng rõ ràng, AI có thể làm xô lệch mục tiêu giáo dục thay vì thúc đẩy đổi mới.
Petrovietnam - Bản lĩnh nửa thế kỷ và khát vọng Xuân Bính Ngọ 2026

Petrovietnam - Bản lĩnh nửa thế kỷ và khát vọng Xuân Bính Ngọ 2026

Trong những ngày đầu Xuân Bính Ngọ 2026, khi đất nước bước vào một chu kỳ phát triển mới với nhiều vận hội và thách thức đan xen, nhìn lại hành trình 50 năm của Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) không chỉ là sự chiêm nghiệm quá khứ, mà còn là sự định vị cho tương lai.
Chính thức đưa vào hoạt động trường nội trú Anh đầu tiên tại Lào Cai

Chính thức đưa vào hoạt động trường nội trú Anh đầu tiên tại Lào Cai

Ngày 7/3, Trường Ardingly College Việt Nam (Lào Cai) chính thức hoạt động. Đây là sự kiện đánh dấu sự xuất hiện của mô hình trường nội trú Anh Quốc chính thống tại Việt Nam.
Rộn ràng tiếng hát Quan họ giữa lòng Kinh Bắc: Lễ hội Chùa Kim Sơn – Làng Quả Cảm

Rộn ràng tiếng hát Quan họ giữa lòng Kinh Bắc: Lễ hội Chùa Kim Sơn – Làng Quả Cảm

BẮC NINH – Khi những cơn mưa xuân còn vương trên lá non và không khí Tết vẫn còn nồng đượm, người dân làng Quả Cảm (phường Kinh Bắc, TP. Bắc Ninh) lại nô nức mở hội chùa Kim Sơn vào ngày 20 tháng Giêng. Đây không chỉ là dịp để người dân bái Phật, cầu an mà còn là không gian văn hóa đặc sắc, nơi hội tụ của những tâm hồn yêu di sản dân tộc.
Thị trường chứng khoán ngày 09/3: VN Index “bốc hơi” hơn 115 điểm, hàng trăm cổ phiếu giảm sàn trong phiên hoảng loạn

Thị trường chứng khoán ngày 09/3: VN Index “bốc hơi” hơn 115 điểm, hàng trăm cổ phiếu giảm sàn trong phiên hoảng loạn

Thị trường chứng kiến cú lao dốc mạnh khi VN Index mất hơn 115 điểm chỉ trong một phiên. Làn sóng bán tháo lan rộng khiến hơn 230 cổ phiếu giảm sàn, trong khi toàn bộ rổ VN30 chìm trong sắc đỏ.
song-gia-tri