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
ar
Tin bài khác
Kết nối chuỗi cung ứng toàn cầu: “Thời điểm vàng” cho doanh nghiệp công nghiệp hỗ trợ Việt Nam

Kết nối chuỗi cung ứng toàn cầu: “Thời điểm vàng” cho doanh nghiệp công nghiệp hỗ trợ Việt Nam

Trong bối cảnh chuỗi cung ứng toàn cầu đang tái cấu trúc mạnh mẽ, doanh nghiệp công nghiệp hỗ trợ Việt Nam đứng trước cơ hội lớn để bứt phá. Tuy nhiên, để chuyển hóa cơ hội thành lợi ích thực chất, yêu cầu đặt ra là phải nâng cao năng lực, đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế ngày càng khắt khe.
Thống nhất dự thảo Nghị quyết của Quốc hội về cơ chế, chính sách đột phá phát triển văn hóa Việt Nam

Thống nhất dự thảo Nghị quyết của Quốc hội về cơ chế, chính sách đột phá phát triển văn hóa Việt Nam

Chính phủ ban hành Nghị quyết số 90/NQ-CP về dự thảo Nghị quyết của Quốc hội về một số cơ chế, chính sách đột phá phát triển văn hóa Việt Nam.
Thúc đẩy sản xuất thông minh bằng robot tự hành và hệ sinh thái số

Thúc đẩy sản xuất thông minh bằng robot tự hành và hệ sinh thái số

Tại MACH 2026, ABB Robotics sẽ giới thiệu loạt giải pháp tự động hóa tiên tiến, tập trung vào việc nâng cao năng suất, tăng tính linh hoạt và đẩy nhanh quá trình chuyển đổi số trong ngành sản xuất. Sự kiện này đánh dấu bước tiến mới trong việc tích hợp robot tự hành đa năng (AVR) và các công cụ kỹ thuật số vào hệ sinh thái sản xuất hiện đại.
Cáp đa dẫn đảm bảo hoạt động của hệ thống trong môi trường khắc nghiệt

Cáp đa dẫn đảm bảo hoạt động của hệ thống trong môi trường khắc nghiệt

Với thiết kế chắc chắn đáp ứng hoặc vượt quá tiêu chuẩn UL, cáp điện tử, âm thanh, điều khiển và đo lường cổ điển đa lõi của Belden đảm bảo thời gian hoạt động lâu dài của hệ thống trong môi trường khắc nghiệt.
Hơn 6.500 lượt khách trong ngày khai mạc, Vietnam Expo 2026 lan tỏa sức hút toàn cầu

Hơn 6.500 lượt khách trong ngày khai mạc, Vietnam Expo 2026 lan tỏa sức hút toàn cầu

Với quy mô hơn 500 gian hàng, quy tụ hàng trăm doanh nghiệp trong và ngoài nước, Vietnam Expo 2026 không chỉ là điểm hẹn xúc tiến thương mại thường niên mà còn khẳng định vai trò “bệ phóng” giúp doanh nghiệp Việt mở rộng thị trường, tăng cường kết nối và tham gia sâu hơn vào chuỗi cung ứng toàn cầu.
Du lịch Việt trước bước ngoặt mới: VITM 2026 dẫn dắt xu hướng số hóa và phát triển xanh

Du lịch Việt trước bước ngoặt mới: VITM 2026 dẫn dắt xu hướng số hóa và phát triển xanh

Với chủ đề “Chuyển đổi số & Tăng trưởng xanh - Nâng tầm Du lịch Việt Nam”, Hội chợ Du lịch Quốc tế Việt Nam (VITM) 2026 quy tụ hàng trăm doanh nghiệp trong và ngoài nước, mở ra không gian kết nối, kích cầu du lịch và định hình xu hướng phát triển bền vững cho ngành “công nghiệp không khói”.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/4/2026: Tuổi Tý nhiều may mắn, tuổi Mùi xảy ra mâu thuẫn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/4/2026: Tuổi Tý nhiều may mắn, tuổi Mùi xảy ra mâu thuẫn

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 11/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 10/04: Dòng tiền tìm đến nhóm dầu khí và phân bón

Thị trường chứng khoán ngày 10/04: Dòng tiền tìm đến nhóm dầu khí và phân bón

Khép lại phiên giao dịch, thị trường duy trì được đà hồi phục nhưng biên độ tăng đã thu hẹp đáng kể so với mức cao nhất trong phiên. VN Index tăng 13,32 điểm lên 1.750 điểm, trong bối cảnh thanh khoản tiếp tục suy giảm và dòng tiền có dấu hiệu luân chuyển sang các nhóm cổ phiếu chưa tăng mạnh, đặc biệt là dầu khí và phân bón.
Định hướng ngành nhà máy thông minh và công nghiệp phụ trợ tại Việt Nam

Định hướng ngành nhà máy thông minh và công nghiệp phụ trợ tại Việt Nam

Ngày 09/04/2026 tại Trung tâm Đổi mới sáng tạo Quốc gia, tọa đàm “Định hướng ngành nhà máy thông minh và công nghiệp phụ trợ tại Việt Nam” được tổ chức nhằm thúc đẩy đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số trong sản xuất. Tọa đàm quy tụ các chuyên gia, doanh nghiệp và tổ chức trong nước, quốc tế, đồng thời là hoạt động trọng tâm chuẩn bị cho chuỗi triển lãm VSE & VHF 2026, góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh và vị thế của công nghiệp Việt Nam trong chuỗi giá trị toàn cầu.
Ardingly College Việt Nam và VPBank ra mắt giải pháp tài chính - giáo dục: World Ready

Ardingly College Việt Nam và VPBank ra mắt giải pháp tài chính - giáo dục: World Ready

Ngày 9/4/2026, Công ty Cổ phần Ardingly College Việt Nam phối hợp cùng Ngân hàng TMCP Việt Nam Thịnh Vượng (VPBank) chính thức ra mắt giải pháp liên kết Tài chính - Giáo dục mang tên “World Ready”. Đây được đánh giá là mô hình tiên phong tại Việt Nam, mở ra hướng tiếp cận mới trong việc kết hợp giữa tài chính và giáo dục, giúp phụ huynh chủ động hoạch định tương lai học tập quốc tế cho con em.
song-gia-tri