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
SEMICONNECT Vietnam 2026: làm thế nào để Việt Nam tham gia sâu vào chuỗi bán dẫn toàn cầu?

SEMICONNECT Vietnam 2026: làm thế nào để Việt Nam tham gia sâu vào chuỗi bán dẫn toàn cầu?

Nhằm tạo diễn đàn kết nối giữa các cơ quan quản lý, chuyên gia, doanh nghiệp và nhà đầu tư, Hội nghị Chuyên sâu Ngành Bán dẫn và Điện tử Việt Nam - SEMICONNECT Vietnam 2026 sẽ diễn ra vào ngày 03/7/2026 tại Khách sạn MerPerle Crystal Palace, TP. Hồ Chí Minh.
Tăng tốc chuyển đổi số ngành điện tử: Diễn đàn về nhà máy thông minh sẽ diễn ra ngày 3/7

Tăng tốc chuyển đổi số ngành điện tử: Diễn đàn về nhà máy thông minh sẽ diễn ra ngày 3/7

Ngày 3/7, Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) sẽ tổ chức Diễn đàn "Chuyển đổi số và sản xuất thông minh ngành điện tử Việt Nam: Từ tự động hóa đến nhà máy thông minh trong kỷ nguyên AI" tại Trung tâm Triển lãm Việt Nam (VEC), Đông Anh, Hà Nội. Sự kiện quy tụ các cơ quan quản lý, doanh nghiệp, hiệp hội và chuyên gia nhằm thúc đẩy chuyển đổi số, ứng dụng AI và phát triển mô hình nhà máy thông minh trong ngành điện tử.
Trung tâm dữ liệu AI có thể "sập" vì một cảm biến?

Trung tâm dữ liệu AI có thể "sập" vì một cảm biến?

Khi làn sóng trí tuệ nhân tạo (AI) thúc đẩy sự bùng nổ của các trung tâm dữ liệu siêu lớn trên toàn cầu, cuộc đua hạ tầng công nghệ không còn chỉ xoay quanh chip AI, GPU hay nguồn điện. Một yếu tố ít được nhắc đến hơn nhưng đang trở thành nhân tố quyết định hiệu suất và độ tin cậy của các trung tâm dữ liệu thế hệ mới chính là hệ thống đo lường công nghiệp.
10 trục trặc thường gặp và cách xử lý khi vận hành xe máy điện

10 trục trặc thường gặp và cách xử lý khi vận hành xe máy điện

Xe máy điện đang trở thành phương tiện quen thuộc trong các đô thị Việt Nam. Xe êm, sạch, dễ đi, chi phí vận hành thấp, phù hợp với học sinh, sinh viên, nhân viên văn phòng, người giao hàng và cả các gia đình cần một phương tiện đi lại hằng ngày trong bán kính ngắn.
Nhận định phiên giao dịch ngày 30/6: Ưu tiên nắm giữ cổ phiếu ngân hàng, chứng khoán

Nhận định phiên giao dịch ngày 30/6: Ưu tiên nắm giữ cổ phiếu ngân hàng, chứng khoán

VN-Index giảm gần 17 điểm trong phiên giao dịch 29/6 do chịu áp lực lớn từ nhóm cổ phiếu Vingroup, song diễn biến thị trường cho thấy dòng tiền vẫn đang có xu hướng lan tỏa sang nhiều nhóm ngành. Các công ty chứng khoán khuyến nghị nhà đầu tư ưu tiên nắm giữ các cổ phiếu thuộc nhóm ngân hàng, chứng khoán - những lĩnh vực đang thu hút dòng tiền mạnh.
Ra mắt Nền tảng quản trị đào tạo và phát triển nguồn nhân lực chiến lược quốc gia

Ra mắt Nền tảng quản trị đào tạo và phát triển nguồn nhân lực chiến lược quốc gia

Trong khuôn khổ hội thảo triển khai các chương trình và chính sách đào tạo nhân lực STEM do Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức vào chiều ngày 27/6, tại Đại học Bách Khoa Hà Nội, Ban tổ chức đã ra mắt nền tảng quản trị đào tạo và phát triển nguồn nhân lực chiến lược quốc gia.
111 ngành khoa học, kỹ thuật, công nghệ được cấp học bổng

111 ngành khoa học, kỹ thuật, công nghệ được cấp học bổng

Danh mục ngành mà sinh viên được nhận học bổng theo Nghị định 179 được Bộ Giáo dục và Đào tạo công bố ngày 28/6. Bộ cho biết sẽ xem xét cập nhật nếu phát sinh các ngành mới thuộc nhóm này.
Thị trường chứng khoán ngày 29/6: Cổ phiếu Vingroup gây áp lực, VN-Index giảm gần 17 điểm dù sắc xanh lan tỏa

Thị trường chứng khoán ngày 29/6: Cổ phiếu Vingroup gây áp lực, VN-Index giảm gần 17 điểm dù sắc xanh lan tỏa

Thị trường chứng khoán khởi đầu tuần giao dịch với diễn biến trái chiều khi phần lớn nhóm cổ phiếu ghi nhận sắc xanh, song áp lực giảm mạnh từ nhóm cổ phiếu Vingroup đã kéo VN-Index lùi gần 17 điểm.
D’. Diamant Bleu: ‘Gen vị trí’ định hình chuẩn sống xanh đắt giá

D’. Diamant Bleu: ‘Gen vị trí’ định hình chuẩn sống xanh đắt giá

Với mã “gen vị trí” đắc địa cùng lợi thế kề công viên và hồ điều hoà, các căn hộ D'. Diamant Bleu đang định hình lại tiêu chuẩn sống xanh đắt giá giữa lòng đô thị hiện đại.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/6/2026: Tuổi Mùi đón quý nhân phù trợ, tuổi Dậu cần thận trọng tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/6/2026: Tuổi Mùi đón quý nhân phù trợ, tuổi Dậu cần thận trọng tài chính

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 30/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc