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
Thành phố cần trạm sạc, trạm đổi pin

Thành phố cần trạm sạc, trạm đổi pin

Trạm sạc xe điện không chỉ là vài trụ điện đặt trong bãi xe hay cây xăng. Đó là dấu hiệu của một cuộc tái cấu trúc hạ tầng năng lượng đô thị, nơi điện lực, viễn thông, chung cư, bãi đỗ, nền tảng số và thói quen di chuyển của người dân cùng bước vào một cuộc chơi mới, cuộc chơi âm thầm, thiết thực nhưng đầy sức chuyển hóa.
Đẩy nhanh chính sách thu hút Tổng công trình sư, chuyên gia khoa học, công nghệ

Đẩy nhanh chính sách thu hút Tổng công trình sư, chuyên gia khoa học, công nghệ

Bộ Nội vụ yêu cầu các bộ, ngành, địa phương khẩn trương triển khai thực chất chính sách tuyển chọn, thu hút Tổng công trình sư, Kiến trúc sư trưởng và chuyên gia khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo, chuyển đổi số, sau khi đánh giá việc thực hiện chưa đáp ứng yêu cầu đề ra.
Hoàn thiện mắt xích còn thiếu trong hệ sinh thái bán dẫn Việt Nam

Hoàn thiện mắt xích còn thiếu trong hệ sinh thái bán dẫn Việt Nam

Ngày 26/6 tại Hà Nội, Bộ Khoa học và Công nghệ chính thức ra mắt Trung tâm quốc gia hỗ trợ sản xuất thử chip bán dẫn (VNMPW/CC) - trung tâm cấp quốc gia đầu tiên của Việt Nam hỗ trợ sản xuất thử chip bán dẫn.
Thị trường chứng khoán ngày 26/6: VIC và VHM “cứu” VN Index, nhưng dòng tiền vẫn “thờ ơ”

Thị trường chứng khoán ngày 26/6: VIC và VHM “cứu” VN Index, nhưng dòng tiền vẫn “thờ ơ”

VN Index xanh điểm trong phiên cuối tuần, song mức tăng gần 9 điểm chủ yếu đến từ lực kéo của VIC và VHM. Thị trường phân hóa mạnh với gần 200 mã giảm trên HoSE, trong khi thanh khoản thấp tiếp tục phản ánh tâm lý dè dặt của nhà đầu tư.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/6/2026: Tuổi Mão đón lộc quý nhân, tuổi Thân cần cẩn trọng lời nói

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/6/2026: Tuổi Mão đón lộc quý nhân, tuổi Thân cần cẩn trọng lời nói

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 27/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Hệ kết cấu - Yếu tố quyết định tuổi thọ điện mặt trời

Hệ kết cấu - Yếu tố quyết định tuổi thọ điện mặt trời

Khi thị trường điện mặt trời bước vào giai đoạn phát triển theo chiều sâu, giá trị của một dự án không còn được đo bằng công suất lắp đặt hay hiệu suất tấm pin, mà ở khả năng vận hành ổn định trong suốt vòng đời khai thác. Trong bức tranh đó, hệ kết cấu - bộ phận vốn ít được chú ý lại đang trở thành nền tảng quyết định tính bền vững, hiệu quả đầu tư và năng lực cạnh tranh của các công trình.
PGNAA “Make in Vietnam”: tối ưu cho phân tích hàm lượng nguyên tố trong than và vật liệu sản xuất xi măng trong nước

PGNAA “Make in Vietnam”: tối ưu cho phân tích hàm lượng nguyên tố trong than và vật liệu sản xuất xi măng trong nước

Hệ thống điều khiển hạt nhân (Nuclear Control System - NCS) đã được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp thăm dò khai thác khoáng sản, dầu khí, hóa chất, năng lượng, xử lý chất thải. Cụ thể là dùng để đo mức trong nhà máy bia, rượu, nước giải khát, nhà máy lọc hoá dầu, đo bề dày, đo mật độ vật chất, phân tích mẫu quặng, đất đá,… Các xu hướng trong quá trình công nghiệp hóa cho thấy công nghệ NCS sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, tối ưu hóa quy trình, tiết kiệm năng lượng và vật liệu. Sự phát triển của thế hệ thiết bị hạt nhân tiếp theo vẫn đang diễn ra.
Bước tiến quan trọng trong lĩnh vực an ninh mạng công nghiệp

Bước tiến quan trọng trong lĩnh vực an ninh mạng công nghiệp

Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế (ISA) vừa công bố một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực an ninh mạng công nghiệp khi Perseus Information Security Consulting chính thức nhận được chứng nhận đầy đủ từ tổ chức kiểm định A2LA để hoạt động với tư cách là tổ chức chứng nhận (Certification Body - CB) theo tiêu chuẩn ISO/IEC 17065 cho chương trình ISASecure.
Nhận định phiên giao dịch ngày 26/6: VN-Index tích lũy trong biên độ hẹp, ưu tiên quan sát và chờ nhịp điều chỉnh

Nhận định phiên giao dịch ngày 26/6: VN-Index tích lũy trong biên độ hẹp, ưu tiên quan sát và chờ nhịp điều chỉnh

Sau nhịp hồi phục trước đó, VN-Index đang bước vào giai đoạn tích lũy khi áp lực điều chỉnh gia tăng ở một số nhóm cổ phiếu dẫn dắt. Trong bối cảnh dòng tiền chưa thực sự cải thiện, nhà đầu tư được khuyến nghị ưu tiên quan sát và chờ những nhịp điều chỉnh rõ nét hơn để tìm kiếm cơ hội.
Giá trị vượt trội từ sản phẩm “Tiền gửi bền vững” của BIDV

Giá trị vượt trội từ sản phẩm “Tiền gửi bền vững” của BIDV

Với định hướng đồng hành cùng doanh nghiệp kiến tạo tương lai xanh và phát triển bền vững, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) đã tiên phong triển khai và cung ứng sản phẩm “Tiền gửi bền vững” ra thị trường.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc