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
Chia sẻ ‘rút ruột gan’ của Ban Tư vấn trong Ngày hội tư vấn tuyển sinh - hướng nghiệp 2026

Chia sẻ ‘rút ruột gan’ của Ban Tư vấn trong Ngày hội tư vấn tuyển sinh - hướng nghiệp 2026

Ban Tư vấn của Ngày hội tư vấn tuyển sinh - hướng nghiệp 2026 là những giảng viên, nhà lãnh đạo cao cấp tại các bộ, ngành, các trường đại học tên tuổi đã chia sẻ với học sinh, giải đáp những thắc mắc của phụ huynh bằng những lời thiết thực “rút ruột gan”, với mong muốn mỗi nguyện vọng của học sinh đưa ra đều có giá trị, có đam mê đúng và định hướng đúng.
Hàng nghìn học sinh háo hức được giải đáp thắc mắc, định hướng nghề nghiệp

Hàng nghìn học sinh háo hức được giải đáp thắc mắc, định hướng nghề nghiệp

Ngày 8/3, Báo Tuổi Trẻ và Vụ Giáo dục đại học (Bộ Giáo dục và Đào tạo) tổ chức Ngày hội Tư vấn tuyển sinh - hướng nghiệp với khoảng 600 gian hàng tư vấn ở phía Nam và phía Bắc. Tại khuôn viên Đại học Bách khoa Hà Nội có khoảng hơn 320 gian tư vấn đến từ các trường đại học trên địa bàn Hà Nội.
Nhận định phiên giao dịch ngày 9/3: Hạ tỷ trọng những cổ phiếu đã vi phạm ngưỡng an toàn

Nhận định phiên giao dịch ngày 9/3: Hạ tỷ trọng những cổ phiếu đã vi phạm ngưỡng an toàn

Sau tuần giảm mạnh với áp lực bán gia tăng, nhiều tín hiệu kỹ thuật cho thấy rủi ro điều chỉnh của thị trường chứng khoán vẫn ở mức cao. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư thận trọng với vị thế mua mới, đồng thời chủ động hạ tỷ trọng đối với những cổ phiếu đã vi phạm ngưỡng an toàn trong danh mục
[E-Magazine] Tự động hóa trong lưới lửa chiến tranh

[E-Magazine] Tự động hóa trong lưới lửa chiến tranh

Như một đường chỉ mảnh nối liền khoa học viễn tưởng với thực tại chế tạo, công nghệ in 3D đã đi từ những thí nghiệm lặng thầm trong phòng tối thập niên 1980 đến vị thế của một hạ tầng sản xuất chiến lược toàn cầu. Câu chuyện của nó không chỉ là lịch sử của kỹ thuật, mà còn là lịch sử của khát vọng nhân loại, khát vọng tạo hình thế giới theo từng lớp vật chất, từng lớp trí tuệ.
Kích cầu tiêu dùng, các nhà bán lẻ giảm sốc siêu phẩm Samsung Galaxy S26 Ultra

Kích cầu tiêu dùng, các nhà bán lẻ giảm sốc siêu phẩm Samsung Galaxy S26 Ultra

Samsung Galaxy S26 Ultra đã chính thức mở bán được 3 ngày tại Việt Nam. Lượng mua tương đối lớn, do nhiều nhà bán lẻ chạy các chương trình khuyến mại, giảm giá, off sale nhân dịp 8/3. Tổng hợp các chương trình khuyến mại, người tiêu dùng có thể hưởng lợi đến 14 triệu đồng cho sản phẩm Samsung Galaxy S26 Ultra phiên bản 512GB.
Thị trường quà tặng 8/3: Quà sức khỏe, sản phẩm công nghệ lên ngôi

Thị trường quà tặng 8/3: Quà sức khỏe, sản phẩm công nghệ lên ngôi

Dịp lễ 8/3 năm nay, thị trường vàng bạc, thời trang ảm đạm; nhưng sức mua của những món quà tặng dành cho sức khỏe, tinh thần, qùa tặng công nghệ sử dụng hàng ngày lại tăng cao.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/3/2026: Tuổi Mùi quý nhân soi đường, tuổi Dậu đối diện với nhiều áp lực

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/3/2026: Tuổi Mùi quý nhân soi đường, tuổi Dậu đối diện với nhiều áp lực

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 9/3/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Khi nỗi lo "không bán được tranh" trở thành rào cản sáng tạo của họa sĩ trẻ

Khi nỗi lo "không bán được tranh" trở thành rào cản sáng tạo của họa sĩ trẻ

Trong bối cảnh phải cân bằng giữa khát vọng khẳng định bản sắc nghệ thuật và áp lực mưu sinh, nhiều họa sĩ trẻ hiện nay gặp không ít khó khăn trong sáng tác. Trao đổi với phóng viên, họa sĩ Nguyễn Tuấn Dũng - người gắn bó lâu năm với đời sống mỹ thuật đã chia sẻ về những rào cản khiến không ít nghệ sĩ trẻ còn e ngại trước các thử nghiệm sáng tạo mới.
Sunshine Group bước vào chu kỳ tăng tốc mới

Sunshine Group bước vào chu kỳ tăng tốc mới

Sunshine Group bước sang năm 2026 với nền tảng tài chính được củng cố sau tái cấu trúc, danh mục dự án hàng hiệu mở rộng tại Hà Nội và TP.HCM, cùng chiến lược phát triển hướng tới chuẩn sống cao cấp và tích hợp công nghệ.
Việt Nam - Ấn Độ ký kết hợp tác về chương trình đào tạo công nghệ

Việt Nam - Ấn Độ ký kết hợp tác về chương trình đào tạo công nghệ

Công bố hợp tác đào tạo công nghệ vào ngày 7/3 tại TP. HCM của FPT và 2 đối tác Ấn Độ diễn ra trong bối cảnh Việt Nam đang thực hiện Nghị quyết 57 và Nghị quyết 59 của Bộ Chính trị, qua đó góp phần xây dựng nguồn nhân lực chất lượng cao, hướng tới mục tiêu làm chủ công nghệ lõi quốc gia.
song-gia-tri