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
nam-moi
Tin bài khác
Infinix Note 60 Pro lộ diện: Thiết kế gợi nhớ iPhone 17 Pro

Infinix Note 60 Pro lộ diện: Thiết kế gợi nhớ iPhone 17 Pro

Những hình ảnh hé lộ đầu tiên cho thấy Infinix Note 60 Pro sở hữu thiết kế giao thoa táo bạo giữa cụm camera phong cách iPhone 17 Pro Max và màn hình ma trận gợi nhắc Nothing Phone (3). Kết hợp cùng cấu hình mạnh mẽ và loạt công nghệ mới, mẫu máy được kỳ vọng sẽ khuấy động phân khúc tầm trung khi ra mắt tại MWC 2026.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/2/2026: Tuổi Tuất tiêu cực về tình cảm, tuổi Tý dễ vướng tranh chấp

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/2/2026: Tuổi Tuất tiêu cực về tình cảm, tuổi Tý dễ vướng tranh chấp

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 21/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
[E-Magazine] 9 nhà khoa học đáng kính tuổi Bính Ngọ

[E-Magazine] 9 nhà khoa học đáng kính tuổi Bính Ngọ

Sinh năm 1966 - Bính Ngọ, thế hệ các nhà khoa học công nghệ này trưởng thành đúng vào thời điểm khoa học toàn cầu bước sang pha tăng tốc. Internet bùng nổ, sinh học phân tử tái định hình y học, vật lý & toán học đi vào những miền trừu tượng sâu nhất, còn công nghệ thì gắn chặt với quyền lực quốc gia. TĐHNN giới thiệu 9 gương mặt dưới đây không đại diện cho “vinh quang khoa học” đơn thuần, mà cho những cách rất khác nhau mà tri thức được theo đuổi, bảo vệ và đặt vào cấu trúc của thế giới hiện đại.
Từ lớp học đến hệ sinh thái: Cách một mô hình giáo dục Robotics đi trước xu hướng

Từ lớp học đến hệ sinh thái: Cách một mô hình giáo dục Robotics đi trước xu hướng

Không chỉ dừng ở đào tạo robotics trong nhà trường, ROBOHUB Vietnam đang từng bước định vị mình như một “hub” kết nối học sinh, giáo viên và cộng đồng robotics. Từ những lớp học đầu tiên năm 2019 đến các sân chơi và cuộc thi quốc tế, doanh nghiệp theo đuổi mục tiêu dài hạn: xây nền tảng vững chắc cho hệ sinh thái robotics giáo dục tại Việt Nam.
Từ công trường Xuân đến khát vọng tổng thầu năng lượng quốc gia

Từ công trường Xuân đến khát vọng tổng thầu năng lượng quốc gia

Khi đất nước bước vào mùa Xuân mới với nhiều kỳ vọng về một chu kỳ tăng trưởng năng lượng bền vững, trên những công trường ngoài khơi và bãi chế tạo, đội ngũ kỹ sư, công nhân của Tổng công ty Cổ phần Dịch vụ Kỹ thuật Dầu khí Việt Nam (PTSC) vẫn miệt mài lao động. Từ các dự án dầu khí trọng điểm đến điện gió ngoài khơi, hành trình làm chủ chuỗi dịch vụ EPCI đang từng bước định hình vai trò tổng thầu năng lượng của doanh nghiệp Việt Nam.
Hà Nội miễn phí tham quan 17 di tích nổi tiếng dịp đầu xuân Bính Ngọ 2026

Hà Nội miễn phí tham quan 17 di tích nổi tiếng dịp đầu xuân Bính Ngọ 2026

Nhằm đáp ứng nhu cầu du xuân của người dân và du khách, Hà Nội tiếp tục miễn phí tham quan 17 di tích, danh thắng và công trình văn hóa từ ngày 20 đến hết 22/2 (mùng 4-6 tháng Giêng năm Bính Ngọ). Chính sách này không chỉ tạo điều kiện để người dân vui chơi trọn vẹn kỳ nghỉ Tết mà còn góp phần kích cầu, gia tăng sức hút cho du lịch Thủ đô trong những ngày đầu năm mới.
BSR giữ lửa dòng chảy năng lượng Xuân

BSR giữ lửa dòng chảy năng lượng Xuân

Giữa thời khắc thiêng liêng của ngày đầu năm mới, khi nhiều gia đình sum vầy bên mâm cơm Tết, tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, hàng trăm kỹ sư, công nhân vẫn lặng lẽ bám ca, theo dõi từng thông số vận hành. Không pháo hoa, không tiệc xuân, nhưng nơi đây rực sáng tinh thần trách nhiệm và niềm tự hào của những người giữ mạch năng lượng quốc gia.
MEDDOM  - nơi thành tựu khoa học được lưu giữ và nối dài trong thời đại số

MEDDOM - nơi thành tựu khoa học được lưu giữ và nối dài trong thời đại số

Giữa nhịp sống hiện đại, khi công nghệ số cho phép con người tiếp cận kho tàng tri thức khổng lồ chỉ bằng vài thao tác, Công viên Di sản các nhà khoa học Việt Nam (MEDDOM Park) và Trung tâm Di sản các nhà khoa học Việt Nam vẫn giữ cho mình một giá trị riêng biệt không thể thay thế: giá trị của hiện vật gốc, của ký ức sống và những câu chuyện khoa học chân thực. MEDDOM không chỉ là một điểm đến tham quan, mà là ngôi nhà của trí thức Việt Nam, nơi khoa học được kể lại bằng con người, bằng thời đại lịch sử và chiều sâu văn hóa.
ETEK - Hành trình 20 năm khẳng định vị thế tiên phong trên thị trường công nghệ tự động hóa

ETEK - Hành trình 20 năm khẳng định vị thế tiên phong trên thị trường công nghệ tự động hóa

Công ty Cổ phần Giải pháp Tự động hóa ETEK được biết tới với vai trò tiên phong trong cung cấp giải pháp tự động hóa tổng thể, cùng các giải pháp giáo dục, dân sinh hàng đầu tại Việt Nam.
CEO AI của Microsoft: Hầu hết công việc văn phòng có thể được tự động hóa trong 18 tháng tới

CEO AI của Microsoft: Hầu hết công việc văn phòng có thể được tự động hóa trong 18 tháng tới

Hầu như toàn bộ công việc của nhân viên văn phòng có thể được tự động hóa bằng trí tuệ nhân tạo trong vòng một năm rưỡi tới, theo nhận định của ông Mustafa Suleyman, Giám đốc điều hành bộ phận AI của Microsoft, trong cuộc phỏng vấn với Financial Times.
song-gia-tri