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
ar
Tin bài khác
Sửa quy chuẩn kỹ thuật về nhà chung cư để hướng dẫn thiết kế trạm sạc trước 30/4

Sửa quy chuẩn kỹ thuật về nhà chung cư để hướng dẫn thiết kế trạm sạc trước 30/4

Đồng thời, gỡ vướng cấp phép xây dựng, cải tạo trạm sạc xe điện, đổi pin điện, tại các tòa chung cư. Đó là yêu cầu trong công điện về xây mới, cải tạo trạm sạc, đổi pin xe điện do Thủ tướng Phạm Minh Chính ban hành ngày 31/3.
HMI tích hợp PLC hiệu năng mạnh mẽ cho nhiều ngành công nghiệp

HMI tích hợp PLC hiệu năng mạnh mẽ cho nhiều ngành công nghiệp

Màn hình HMI Pro-face là dòng thiết bị có khả năng kết nối rộng rãi, thiết lập dễ dàng, hiệu năng mạnh mẽ và tích hợp CNTT/OT liền mạch. Ngoài ra, sự kết hợp giữa HMI và PLC tạo nên giải pháp đơn giản hóa.
Việt Nam tăng cường xây dựng kho dự trữ quốc gia dầu thô

Việt Nam tăng cường xây dựng kho dự trữ quốc gia dầu thô

Ngày 1/4, Thường trực Chính phủ họp về dự án xây dựng kho dự trữ quốc gia dầu thô tại Nghi Sơn, Thanh Hóa. Thủ tướng Phạm Minh Chính khẳng định đã có đầy đủ cơ sở chính trị, pháp lý để tiến hành.
Trao Kỷ niệm chương “Vì sự nghiệp Giáo dục” cho Đại sứ đặc mệnh toàn quyền Liên bang Nga

Trao Kỷ niệm chương “Vì sự nghiệp Giáo dục” cho Đại sứ đặc mệnh toàn quyền Liên bang Nga

Ngày 1/4, tại trụ sở Bộ Giáo dục và Đào tạo (GDĐT), Quyền Bộ trưởng Hoàng Minh Sơn đã trao Kỷ niệm chương “Vì sự nghiệp Giáo dục” cho ngài Bezdetko Gennady Stepanovich, Đại sứ đặc mệnh toàn quyền Liên bang Nga và ông Fokin Stanislav, Tham tán Đại sứ quán Liên bang Nga tại Việt Nam.
Công ty chứng khoán của MBBank phát hành lô trái phiếu đầu tiên trong năm 2026

Công ty chứng khoán của MBBank phát hành lô trái phiếu đầu tiên trong năm 2026

CTCP Chứng khoán MB (MBS) thuộc hệ sinh thái Ngân hàng MB (MBBank, mã: MBB sở hữu 66,76% vốn) vừa huy động thành công lô trái phiếu trị giá 970 tỷ đồng nhằm cơ cấu lại nợ.
Thị trường chứng khoán ngày 02/04: VN Index điều chỉnh nhưng chưa “gãy” nhịp hồi

Thị trường chứng khoán ngày 02/04: VN Index điều chỉnh nhưng chưa “gãy” nhịp hồi

Mở cửa trong sắc xanh nhưng thị trường nhanh chóng đảo chiều khi những lo ngại mới từ Trung Đông khiến chứng khoán toàn cầu rung lắc trở lại. VN Index mất hơn 8 điểm, song lực bán không hoảng loạn và cú rút chân cuối phiên vẫn để lại hy vọng cho mục tiêu hồi phục về vùng 1.740 điểm.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/4/2026: Tuổi Mùi kiếm thêm thu nhập, tuổi Tuất tình yêu thăng hoa

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/4/2026: Tuổi Mùi kiếm thêm thu nhập, tuổi Tuất tình yêu thăng hoa

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 3/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Nhận định phiên giao dịch ngày 2/4: Hạn chế mua đuổi cổ phiếu tiệm cận vùng kháng cự

Nhận định phiên giao dịch ngày 2/4: Hạn chế mua đuổi cổ phiếu tiệm cận vùng kháng cự

Sau phiên tăng điểm mạnh nhưng rung lắc cuối ngày, thị trường được dự báo tiếp tục phân hóa trong phiên 2/4. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư thận trọng, hạn chế mua đuổi những cổ phiếu đã tăng nóng và đang tiến sát vùng kháng cự để tránh rủi ro điều chỉnh.
Lựa chọn thiết bị an toàn phù hợp quy trình  theo tiêu chuẩn IEC 6151

Lựa chọn thiết bị an toàn phù hợp quy trình theo tiêu chuẩn IEC 6151

Trong các ngành công nghiệp chế biến, việc xác định Mức độ toàn vẹn an toàn (SIL) không phải là một quyết định cảm tính hay dựa trên kinh nghiệm chủ quan. Theo tiêu chuẩn IEC 61511, SIL phải được xác định thông qua một quy trình phân tích rủi ro có cấu trúc, trong đó xem xét mối liên hệ giữa hậu quả của sự cố nguy hiểm, tần suất xảy ra và hiệu quả của các lớp bảo vệ hiện có. Khi bước nền tảng này được thực hiện đúng cách, việc thiết kế và triển khai hệ thống an toàn trở nên rõ ràng và có cơ sở hơn; ngược lại, nếu bỏ qua, toàn bộ hệ thống có thể được xây dựng trên những giả định thiếu chắc chắn.
Khoa học và Công nghệ tăng trưởng ấn tượng - khẳng định vai trò trụ cột của nền kinh tế tri thức

Khoa học và Công nghệ tăng trưởng ấn tượng - khẳng định vai trò trụ cột của nền kinh tế tri thức

Tháng 3/2026 ghi dấu bước tăng trưởng ấn tượng của ngành Khoa học và Công nghệ với doanh thu hơn 516.000 tỷ đồng, đóng góp GDP tăng 28%. Kết quả này phản ánh rõ nét quá trình chuyển đổi từ tư duy quản lý sang kiến tạo phát triển, theo định hướng của Nghị quyết 57.
song-gia-tri