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
Cử tri trí thức Liên hiệp hội Việt Nam đóng góp ý kiến trước Kỳ họp thứ Nhất, Quốc hội khóa XVI

Cử tri trí thức Liên hiệp hội Việt Nam đóng góp ý kiến trước Kỳ họp thứ Nhất, Quốc hội khóa XVI

Sáng ngày 17/3, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp hội Việt Nam) tổ chức hội thảo đóng góp ý kiến cử tri trí thức gửi tới Kỳ họp thứ Nhất, Quốc hội khóa XVI. Hội thảo diễn ra trong bối cảnh cuộc bầu cử đại biểu Quốc hội khóa XVI và đại biểu Hội đồng nhân dân các cấp nhiệm kỳ 2026 - 2031 vừa diễn ra thành công.
Chuyển đổi số là câu chuyện tư duy người đứng đầu

Chuyển đổi số là câu chuyện tư duy người đứng đầu

Trong những năm làm quản lý cơ quan nhà nước khối giáo dục và thời gian gần đây trong vai trò nhà tư vấn, tôi nhận thấy "Chuyển đổi số" vẫn đã và đang là một từ khóa nổi bật. Đi đâu cũng nghe nói đến việc mua phần mềm này, triển khai app kia, sắm sửa thiết bị thông minh. Nhưng có một thực tế đầy trăn trở: Chúng ta thường kỳ vọng một phần mềm sẽ như chiếc "đũa thần" giải quyết mọi bề bộn. Trong khi đó, thiết bị, phần mềm - dù có đắt tiền đến đâu - bản chất chỉ là công cụ. Nếu đắp một công cụ hiện đại lên một quy trình cũ kỹ, rườm rà, thứ chúng ta nhận được chỉ là "số hóa sự lộn xộn".
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/3/2026: Tuổi Tuất tâm trạng ko vui , tuổi Thân cải thiện tình cảm

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/3/2026: Tuổi Tuất tâm trạng ko vui , tuổi Thân cải thiện tình cảm

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 18/3/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 17/3: Áp lực bán cuối phiên khiến đà tăng suy giảm

Thị trường chứng khoán ngày 17/3: Áp lực bán cuối phiên khiến đà tăng suy giảm

Khởi đầu tích cực với sắc xanh lan tỏa, có lúc VN Index đã áp sát mốc 1.730 điểm. Tuy nhiên, áp lực chốt lời gia tăng về cuối phiên khiến chỉ số thu hẹp đà tăng, phản ánh tâm lý thận trọng của dòng tiền ngắn hạn.
Những rủi ro phổ biến khi ứng dụng AI trong các doanh nghiệp

Những rủi ro phổ biến khi ứng dụng AI trong các doanh nghiệp

Việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) đang tăng tốc mạnh mẽ trong cộng đồng doanh nghiệp, đặc biệt là các doanh nghiệp công nghiệp và sản xuất. Tại Mỹ, khoảng 66% doanh nghiệp nhỏ hiện đã sử dụng AI dưới một hình thức nào đó. Trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là sản xuất, AI dần chuyển từ một công nghệ thử nghiệm thành công cụ thiết yếu giúp tối ưu hóa quy trình, nâng cao năng suất và cải thiện khả năng ra quyết định.
Nhận định phiên giao dịch ngày 17/3: Tích trữ một phần tỷ lệ tiền mặt để dành sức mua

Nhận định phiên giao dịch ngày 17/3: Tích trữ một phần tỷ lệ tiền mặt để dành sức mua

Sau chuỗi phiên rung lắc và thanh khoản suy giảm, thị trường chứng khoán đang bước vào giai đoạn tích lũy với xu hướng ngắn hạn chưa rõ ràng. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư duy trì sự thận trọng, hạn chế mở vị thế mua mới và giữ lại một phần tỷ lệ tiền mặt để sẵn sàng giải ngân khi thị trường xuất hiện nhịp điều chỉnh sâu hơn với mức chiết khấu hấp dẫn.
10 sai lầm chiến lược khiến doanh nghiệp thất bại khi mua sắm công nghệ tự động hóa

10 sai lầm chiến lược khiến doanh nghiệp thất bại khi mua sắm công nghệ tự động hóa

Trong nhiều trường hợp, thất bại khi triển khai công nghệ tự động hóa trong doanh nghiệp không xuất phát từ việc lựa chọn sai phần mềm hay phần cứng. Thay vào đó, nguyên nhân thường xuất hiện sớm hơn nhiều ngay từ giai đoạn các tổ chức bắt đầu quy trình đấu thầu mà chưa có sự liên kết chiến lược rõ ràng, mục tiêu hoạt động cụ thể hoặc tầm nhìn chung về vai trò của tự động hóa trong quá trình chuyển đổi sản xuất.
Lễ hội Du lịch Hà Nội 2026 thu hút gần 80.000 lượt du khách

Lễ hội Du lịch Hà Nội 2026 thu hút gần 80.000 lượt du khách

Tối 15/3, tại Công viên Thống Nhất, Lễ hội Du lịch Hà Nội 2026 chính thức bế mạc sau ba ngày diễn ra sôi nổi, thu hút gần 80.000 lượt người dân và du khách tham quan, trải nghiệm.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/3/2026: Tuổi Dần cần kiên nhẫn, tuổi Ngọ nhận tin vui

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/3/2026: Tuổi Dần cần kiên nhẫn, tuổi Ngọ nhận tin vui

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 17/3/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Kỳ thi đánh giá tư duy đợt 2 của Đại học Bách khoa Hà Nội thu hút gần 21.000 thí sinh tham dự

Kỳ thi đánh giá tư duy đợt 2 của Đại học Bách khoa Hà Nội thu hút gần 21.000 thí sinh tham dự

Trong 2 ngày 14 và 15/3, Đại học Bách khoa Hà Nội (HUST) tổ chức thi Đánh giá tư duy (TSA) đợt 2 năm 2026, cho gần 21.000 thí sinh, tại 28 điểm thi trên cả nước.
song-gia-tri