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
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: BIDV hướng tới 60% ứng dụng lõi vận hành bằng AI

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: BIDV hướng tới 60% ứng dụng lõi vận hành bằng AI

Tuần qua đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ đầu xuân và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh: Lãi suất tăng, tiền nhàn rỗi có dịch chuyển; 13 ngân hàng Việt lọt Top 500 Thương Hiệu Ngân hàng giá trị nhất Thế giới...
Nền tảng in 3D cho phép tự sản xuất động cơ tại chỗ

Nền tảng in 3D cho phép tự sản xuất động cơ tại chỗ

Một nhóm nhà nghiên cứu tại Massachusetts Institute of Technology (MIT) vừa công bố nền tảng in 3D đa vật liệu có khả năng chế tạo một động cơ tuyến tính hoàn chỉnh chỉ trong vài giờ. Đột phá này mở ra viễn cảnh các nhà máy có thể tự in động cơ thay thế ngay tại chỗ, thay vì phụ thuộc vào chuỗi cung ứng toàn cầu và chờ đợi linh kiện từ nhà sản xuất.
Ban hành Kế hoạch triển khai thi hành Luật Trí Tuệ nhân tạo

Ban hành Kế hoạch triển khai thi hành Luật Trí Tuệ nhân tạo

Phó Thủ tướng Chính phủ Nguyễn Chí Dũng ký Quyết định số 367/QĐ-TTg ban hành Kế hoạch triển khai thi hành Luật Trí Tuệ nhân tạo (Kế hoạch).
INTECH Group công bố AHU đạt chứng nhận Eurovent tại RHVAC Connecting Day 2026

INTECH Group công bố AHU đạt chứng nhận Eurovent tại RHVAC Connecting Day 2026

Ngày 4/3, tại Tổ hợp Công nghệ & Đổi mới sáng tạo INTECH TIC (KCN VSIP, Bắc Ninh), INTECH Group tổ chức chương trình “Gặp mặt Đầu Xuân: RHVAC Connecting Day 2026”, quy tụ hơn 200 lãnh đạo doanh nghiệp, nhà thầu, đơn vị tư vấn thiết kế và chuyên gia trong lĩnh vực lạnh công nghiệp (HVAC) và phòng sạch trên toàn quốc. Sự kiện đồng thời công bố dòng thiết bị xử lý không khí (AHU) do INTECH sản xuất đạt chứng nhận Eurovent Certified Performance.
Thị trường chứng khoán ngày 6/3: Áp lực bán gia tăng mạnh, VN-Index giảm hơn 40 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 6/3: Áp lực bán gia tăng mạnh, VN-Index giảm hơn 40 điểm

Áp lực bán gia tăng trên diện rộng trong phiên giao dịch ngày 6/3 đã khiến thị trường chứng khoán lao dốc mạnh, kéo chỉ số VN-Index giảm hơn 40 điểm và lùi xuống dưới mốc 1.770 điểm. Sắc đỏ áp đảo tại nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn và ngành chứng khoán, trong khi dòng tiền chỉ xuất hiện cục bộ ở một số mã vận tải và dầu khí.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/3/2026: Tuổi Thân dễ vướng vào tranh lợi, tuổi Dần suôn sẻ

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/3/2026: Tuổi Thân dễ vướng vào tranh lợi, tuổi Dần suôn sẻ

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 7/3/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
3 doanh nghiệp Việt cùng Qualcomm thúc đẩy phát triển mạng 6G AI-native

3 doanh nghiệp Việt cùng Qualcomm thúc đẩy phát triển mạng 6G AI-native

Từ thử nghiệm 5G-Advanced năm 2027 đến thương mại hóa 6G năm 2029, Viettel công bố kế hoạch tăng tốc làm chủ công nghệ lõi tại MWC Barcelona 2026. Tham gia liên minh 6G toàn cầu cùng Qualcomm, FPT và VNG, doanh nghiệp Việt hướng tới xây dựng hệ sinh thái AI-native, bảo đảm tự chủ hạ tầng số và an ninh công nghệ quốc gia.
Nhận định phiên giao dịch ngày 6/3: Chỉ nắm giữ những cổ phiếu có nền tảng cơ bản

Nhận định phiên giao dịch ngày 6/3: Chỉ nắm giữ những cổ phiếu có nền tảng cơ bản

Sau hai phiên điều chỉnh liên tiếp, VN-Index đang chịu áp lực chốt lời khi dòng tiền vẫn trong trạng thái thăm dò và khối ngoại tiếp tục bán ròng. Trong bối cảnh thị trường có thể còn giằng co, các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư ưu tiên nắm giữ những cổ phiếu có nền tảng cơ bản vững chắc và triển vọng tăng trưởng rõ ràng.
BMW đưa robot hình người vào nhà máy tại Đức

BMW đưa robot hình người vào nhà máy tại Đức

Tập đoàn BMW đang đẩy mạnh ứng dụng trí tuệ nhân tạo vật lý khi lần đầu tiên triển khai robot hình người tại nhà máy Leipzig (Đức). Dự án thí điểm này đánh dấu bước tiến mới trong chiến lược số hóa sản xuất của hãng xe Đức, với mục tiêu tích hợp robot hình người vào dây chuyền lắp ráp ô tô hàng loạt, đồng thời thử nghiệm trong sản xuất pin và linh kiện ngoại thất.
5 chương trình đào tạo mới của HUST đột phá về kiến thức khoa học và mang tính hội nhập cao

5 chương trình đào tạo mới của HUST đột phá về kiến thức khoa học và mang tính hội nhập cao

Năm học 2026 - 2027, Đại học Bách khoa Hà Nội (HUST) mở thêm 5 chương trình đào tạo mới, gồm các lĩnh vực khoa học hành vi, trí tuệ nhân tạo, tài chính - kế toán quốc tế, tiếng Hàn Khoa học và Công nghệ. Việc mở các chương trình đào tạo hot được đánh giá là một bước chuyển mới trong chiến lược đào tạo của Nhà trường, hướng tới phát triển đào tạo tinh hoa và hội nhập quốc tế.
song-gia-tri