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
Tin bài khác
Chính phủ giao Bộ GDĐT xây dựng đề án phát triển đại học tinh hoa

Chính phủ giao Bộ GDĐT xây dựng đề án phát triển đại học tinh hoa

Trong khuôn khổ Hội nghị toàn quốc quán triệt và triển khai thực hiện một số nghị quyết của Bộ Chính trị, Ủy viên Bộ Chính trị, Thủ tướng Chính phủ Phạm Minh Chính đã trình bày chuyên đề: “Nội dung trọng tâm, cốt lõi của Nghị quyết số 71-NQ/TW, ngày 22/8/2025 của Bộ Chính trị về đột phá phát triển giáo dục và đào tạo và Chương trình hành động thực hiện Nghị quyết số 71-NQ/TW”.
Tầm nhìn AI giúp doanh nghiệp định hình chiến lược bảo vệ an ninh mạng

Tầm nhìn AI giúp doanh nghiệp định hình chiến lược bảo vệ an ninh mạng

Trong không gian mạng hiện nay, dữ liệu là "tài nguyên", thuật toán là "quyền lực" và AI là "vũ khí mềm" mang sức mạnh định hình thực tại. Ước tính, AI có thể đóng góp tới hơn 12% GDP của Việt Nam vào năm 2030. Tuy nhiên, nếu không được bảo vệ đúng cách, chính các hệ thống AI có thể bị lợi dụng gây tổn hại nghiêm trọng về kinh tế, xã hội và an ninh quốc gia.
Việt Nam - EU mở rộng hợp tác khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số

Việt Nam - EU mở rộng hợp tác khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số

Khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số trở thành tâm điểm trong hợp tác Việt Nam - EU, với nhiều định hướng mới được thống nhất tại cuộc gặp giữa Bộ trưởng KH&CN Nguyễn Mạnh Hùng và Đại sứ EU Julien Guerrier.
Nhận định phiên giao dịch ngày 18/9: Áp lực điều chỉnh gia tăng, VN-Index đối mặt thử thách ngắn hạn

Nhận định phiên giao dịch ngày 18/9: Áp lực điều chỉnh gia tăng, VN-Index đối mặt thử thách ngắn hạn

Thị trường chứng khoán ngày 17/9 chứng kiến sự giằng co mạnh khi VN-Index nhiều lần rung lắc quanh tham chiếu, trước khi chịu áp lực bán dồn dập vào cuối phiên. Kết thúc phiên, chỉ số giảm 9,93 điểm, lùi về 1.670,97 điểm.
“Bảo mật bằng hoạt động” nhằm đối phó tấn công mạng OT

“Bảo mật bằng hoạt động” nhằm đối phó tấn công mạng OT

Một nghiên cứu toàn cầu mới do Forrester Consulting thực hiện thay mặt Schneider Electric cho thấy các tổ chức hạ tầng quan trọng đang đứng trước áp lực ngày càng lớn từ các mối đe dọa an ninh mạng trong lĩnh vực Công nghệ Vận hành (OT). Báo cáo chỉ ra rằng 91% tổ chức được khảo sát đã trải qua ít nhất một sự cố vi phạm hoặc lỗi OT trong vòng 18 tháng qua, bất chấp việc áp dụng nhiều biện pháp bảo mật. Các hậu quả được ghi nhận bao gồm gián đoạn dịch vụ (51%), mất doanh thu (49%) và ảnh hưởng tiêu cực đến danh tiếng (53%).
T&T Group đề xuất 3 nhóm kiến nghị nhằm nâng cao nội lực doanh nghiệp

T&T Group đề xuất 3 nhóm kiến nghị nhằm nâng cao nội lực doanh nghiệp

Trong khuôn khổ Phiên đối thoại cấp cao Diễn đàn Kinh tế tư nhân Việt Nam 2025 (VPFS 2025) vừa mới diễn ra, ông Đỗ Vinh Quang, Phó Chủ tịch HĐQT Tập đoàn T&T Group, Chủ tịch HĐQT Vietravel Airlines đã đề xuất nhiều nhóm kiến nghị quan trọng liên quan tới việc phát huy nội lực doanh nghiệp.
Schneider Electric sẵn sàng mọi nguồn lực cho chuyển đổi số, hướng tới nền kinh tế số bền vững

Schneider Electric sẵn sàng mọi nguồn lực cho chuyển đổi số, hướng tới nền kinh tế số bền vững

Chiều 17/9 - Schneider Electric, tập đoàn có thương hiệu uy tín toàn cầu về chuyển đổi số quản lý năng lượng và tự động hóa, tổ chức Hội nghị Đổi mới Sáng tạo - Innovation Day 2025 tại Hà Nội với chủ đề “Hạ tầng số sẵn sàng cho AI - Động lực tăng trưởng mới của Việt Nam”.
Sẽ có bản cập nhật Chiến lược AI quốc gia và Luật AI

Sẽ có bản cập nhật Chiến lược AI quốc gia và Luật AI

Bộ trưởng Bộ KH&CN Nguyễn Mạnh Hùng nhấn mạnh, cuối năm nay, Việt Nam sẽ có bản cập nhật Chiến lược AI quốc gia và Luật AI. Đây không chỉ là khung pháp lý mà còn là tuyên ngôn về tầm nhìn quốc gia, AI phải trở thành hạ tầng trí tuệ của đất nước, phục vụ nhân dân, phát triển bền vững và nâng cao năng lực cạnh tranh quốc gia.
Thị trường chứng khoán ngày 17/9: VN-Index giảm gần 10 điểm, thanh khoản sụt giảm

Thị trường chứng khoán ngày 17/9: VN-Index giảm gần 10 điểm, thanh khoản sụt giảm

Thị trường chứng khoán Việt Nam phiên 17/9 diễn biến rung lắc mạnh, VN-Index nhiều lần đảo chiều quanh tham chiếu trước khi mất 9,93 điểm, chốt tại 1.670,97 điểm. Thanh khoản sụt giảm, giá trị khớp lệnh trên HoSE đạt 29.511 tỷ đồng, thấp hơn đáng kể so với hơn 34.000 tỷ đồng của phiên trước.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/9/2025: Tuổi Dần khởi sắc rực rỡ, tuổi Tỵ nhiều khúc mắc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/9/2025: Tuổi Dần khởi sắc rực rỡ, tuổi Tỵ nhiều khúc mắc

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 18/9/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
song-gia-tri