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
dai-hoi-dang
Tin bài khác
Nhận định phiên giao dịch ngày 23/1: VN-Index nhiều khả năng tiếp tục điều chỉnh giằng co

Nhận định phiên giao dịch ngày 23/1: VN-Index nhiều khả năng tiếp tục điều chỉnh giằng co

VN-Index được dự báo có thể tiếp tục duy trì nhịp điều chỉnh giằng co trong phiên 23/1 khi dòng tiền vẫn thận trọng và xu hướng ngắn hạn chưa thực sự rõ ràng. Áp lực chốt lời tại nhóm vốn hóa lớn có thể khiến chỉ số dao động quanh vùng kháng cự, trong khi dòng tiền nhiều khả năng tiếp tục luân chuyển sang nhóm midcap và smallcap.
Việt Nam định hướng phát triển đất nước trong kỷ nguyên mới

Việt Nam định hướng phát triển đất nước trong kỷ nguyên mới

Truyền thông quốc tế tiếp tục quan tâm và đưa tin đậm về Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIV của Đảng Cộng sản Việt Nam, nhận định đây là sự kiện chính trị có ý nghĩa quan trọng của Việt Nam, định hình đường hướng phát triển của đất nước trong giai đoạn mới.
“Dân là gốc” trong Báo cáo trình Đại hội XIV: Điểm tựa bền vững nhất, “hạ tầng mềm” quan trọng nhất

“Dân là gốc” trong Báo cáo trình Đại hội XIV: Điểm tựa bền vững nhất, “hạ tầng mềm” quan trọng nhất

Trong Báo cáo trình Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIV của Đảng, Tổng Bí thư đã nhấn mạnh "Dân là gốc" không chỉ như một tư tưởng xuyên suốt, mà còn đặt trực tiếp trong nhóm các bài học lớn có ý nghĩa phương pháp luận đối với toàn bộ quá trình lãnh đạo, cầm quyền. Việc đưa "Dân là gốc" vào phần bài học- chứ không chỉ ở phần định hướng hay kết luận- cho thấy đây không phải là một khẩu hiệu giá trị, mà là một nguyên tắc chỉ đạo hành động.
Ngành chăn nuôi dự kiến tăng trưởng giá trị sản xuất trên 5%

Ngành chăn nuôi dự kiến tăng trưởng giá trị sản xuất trên 5%

Tại Hội nghị Tổng kết công tác năm 2025 và triển khai kế hoạch công tác năm 2026 của Cục Chăn nuôi và Thú y vừa diễn ra tại Hà Nội, quán triệt chủ trương xây dựng cơ chế, chính sách trong lĩnh vực chăn nuôi và thú y, Thứ trưởng Phùng Đức Tiến cho rằng cần kiến tạo không gian phát triển cho doanh nghiệp, người dân.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 23/1/2026: Tuổi Mão gặp chiến tranh lạnh, tuổi Thân niềm vui sự nghiệp

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 23/1/2026: Tuổi Mão gặp chiến tranh lạnh, tuổi Thân niềm vui sự nghiệp

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 23/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 22/1: VN Index giằng co, dòng tiền tìm đến nhóm cổ phiếu vừa và nhỏ

Thị trường chứng khoán ngày 22/1: VN Index giằng co, dòng tiền tìm đến nhóm cổ phiếu vừa và nhỏ

Phiên giao dịch chứng kiến VN Index giằng co quyết liệt khi nhiều lần nỗ lực vượt mốc 1.900 điểm nhưng không thành công. Dù chỉ số giảm nhẹ, thị trường lại ghi nhận trạng thái “đỏ vỏ - xanh lòng” khi dòng tiền hoạt động sôi nổi ở nhóm vốn hóa vừa và nhỏ, giúp số mã tăng áp đảo.
Khi khoa học & công nghệ trở thành phép thử của bản lĩnh quản trị

Khi khoa học & công nghệ trở thành phép thử của bản lĩnh quản trị

Khoa học, công nghệ (KHCN), đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số không phải phát kiến mới của thời đại. Điều khiến chúng trở nên thời sự ở Việt Nam hôm nay là việc chúng được đặt vào đúng vị trí trục sinh trưởng của nền kinh tế. Khi ưu tiên được đặt lại, câu hỏi không còn là “làm gì”, mà là “dám đổi đến đâu” và “đổi bằng cách nào để không làm gãy hệ thống”.
Nhận định phiên giao dịch ngày 21/1: Tiếp tục nắm giữ danh mục

Nhận định phiên giao dịch ngày 21/1: Tiếp tục nắm giữ danh mục

Thị trường chứng khoán điều chỉnh phiên thứ hai liên tiếp nhưng đà giảm được thu hẹp về cuối phiên, cho thấy xu hướng tăng của VN-Index vẫn chưa bị phá vỡ. Dòng tiền bắt đáy hoạt động tại một số nhóm ngành như bảo hiểm, dầu khí và hóa chất, trong khi thanh khoản duy trì ở mức cao. Theo các chuyên gia, nhà đầu tư tiếp tục được khuyến nghị ưu tiên nắm giữ danh mục, chờ vùng giá cao hơn để chốt lời từng phần
Rút ngắn thời gian làm việc Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIV của Đảng

Rút ngắn thời gian làm việc Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIV của Đảng

Chiều 21/1, tại phiên thảo luận ở hội trường, Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIV của Đảng đã quyết nghị rút ngắn thời gian làm việc của Đại hội 1 ngày rưỡi so với dự kiến ban đầu.
Yokogawa tăng vốn đầu tư vào Semantum, củng cố năng lực mô hình hóa dữ liệu và Digital Twin

Yokogawa tăng vốn đầu tư vào Semantum, củng cố năng lực mô hình hóa dữ liệu và Digital Twin

Yokogawa Electric Corporation vừa tăng cường đầu tư vào Semantum Oy (Phần Lan), đưa công ty này trở thành doanh nghiệp liên kết, qua đó thúc đẩy phát triển các công nghệ mô hình hóa dữ liệu và bản sao số phục vụ chuyển đổi số công nghiệp.
song-gia-tri