trien-lam-quoc-te

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
Tin bài khác
Tập đoàn Hòa Phát đề xuất đầu tư dự án thép chất lượng cao tại Quảng Ngãi

Tập đoàn Hòa Phát đề xuất đầu tư dự án thép chất lượng cao tại Quảng Ngãi

Theo báo cáo, Thép Hòa Phát Dung Quất đề xuất triển khai một số dự án mới, nổi bật trong đó là dự án cán thép chất lượng cao với mục tiêu sản xuất các sản phẩm chuyên dụng như ray đường sắt đô thị và ray đường sắt cao tốc. Giai đoạn I của dự án, khởi động ngay trong năm 2025, sẽ cần khoảng 42,03 ha đất để triển khai.
Nhận định phiên giao dịch ngày 28/3: Chờ tín hiệu rõ ràng hơn

Nhận định phiên giao dịch ngày 28/3: Chờ tín hiệu rõ ràng hơn

Sau phiên điều chỉnh nhẹ với thanh khoản thấp, thị trường chứng khoán đang đứng trước ngưỡng quyết định quan trọng. VN Index cần kiểm chứng lại vùng hỗ trợ 1.320-1.325 điểm trong bối cảnh các tín hiệu kỹ thuật đang cho thấy khả năng hình thành đáy ngắn hạn. Phiên giao dịch ngày 28/3 được dự báo sẽ là thời điểm then chốt để xác định xu hướng tiếp theo của thị trường.
Động cơ servo AC nâng cao với bộ mã hóa tuyệt đối không cần pin

Động cơ servo AC nâng cao với bộ mã hóa tuyệt đối không cần pin

Nidec Instruments vừa công bố dòng động cơ servo AC có độ chính xác cao với bộ mã hóa tuyệt đối từ tính mà không sử dụng pin, cùng với các cải tiến khác như mô-men xoắn cực đại và mô-men xoắn răng cưa lớn hơn, tốc độ tối đa hơn cũng như mức độ bảo vệ chống xâm nhập cao.
Cảnh giác với những hình thức tấn công, lừa đảo bằng mã QR

Cảnh giác với những hình thức tấn công, lừa đảo bằng mã QR

Hiện nay, mã QR đã trở thành một phần không thể thiếu trong đời sống nhờ tính tiện lợi, tuy nhiên, chính điều này lại khiến người dùng dễ rơi vào bẫy của tội phạm mạng.
Sunlight tham gia Triển lãm ASEFA Innovation Day năm 2025 tại Thái Lan

Sunlight tham gia Triển lãm ASEFA Innovation Day năm 2025 tại Thái Lan

Triển lãm ASEFA Innovation Day diễn ra vào ngày 20-21 tháng 3 năm 2025 tại Thái Lan, tập trung vào các lĩnh vực năng lượng, kỹ thuật điện, sản xuất và công nghệ thông minh.
Thị trường chứng khoán ngày 27/3: VN Index mất đà cuối phiên

Thị trường chứng khoán ngày 27/3: VN Index mất đà cuối phiên

Thị trường chứng kiến áp lực bán gia tăng vào những phút cuối, khiến VN Index giảm nhẹ và rơi về sát đường hỗ trợ MA20. Thanh khoản tiếp tục suy giảm, tâm lý thận trọng vẫn bao trùm thị trường trong bối cảnh thiếu vắng các tín hiệu tích cực. Dòng tiền ngoại tiếp tục ghi nhận giá trị bán ròng, nhưng tốc độ đã chậm lại so với các phiên trước đó.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/3/2025: Tuổi Hợi hưng vượng, tuổi Sửu gặp phải trở ngại

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/3/2025: Tuổi Hợi hưng vượng, tuổi Sửu gặp phải trở ngại

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 28/3/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Doanh nghiệp đồng hành cùng nhà trường đào tạo kỹ sư tương lai

Doanh nghiệp đồng hành cùng nhà trường đào tạo kỹ sư tương lai

MISUMI Việt Nam thông qua Cuộc thi Thiết kế Máy Tự động hóa hàng năm để đào tạo kỹ sư chất lượng cao, khẳng định giá trị của hoạt động hợp tác giữa nhà trường và doanh nghiệp.
Rạng Đông hợp tác cùng VinFast Energy phát triển giải pháp năng lượng tái tạo và lưu trữ toàn diện

Rạng Đông hợp tác cùng VinFast Energy phát triển giải pháp năng lượng tái tạo và lưu trữ toàn diện

Ngày 26/3, Công ty Cổ phần Bóng đèn Phích nước Rạng Đông và VinFast Energy chính thức ký kết thỏa thuận hợp tác nhằm thúc đẩy chuyển đổi năng lượng bền vững tại Việt Nam.
Vinamilk (VNM) đạt doanh thu "khủng", đầu tư hàng nghìn tỷ đồng mở rộng quy mô

Vinamilk (VNM) đạt doanh thu "khủng", đầu tư hàng nghìn tỷ đồng mở rộng quy mô

Không chỉ giữ vững thị phần trong nước, Vinamilk còn mở rộng dấu ấn trên thị trường quốc tế với doanh thu thuần thị trường nước ngoài tăng trưởng ấn tượng 12,6% so với cùng kỳ, cao nhất trong 5 năm gần đây.
Quảng cáo
moxa