bau-cu-dai-bieu
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-thong-bao
Tin bài khác
Luật Trí tuệ nhân tạo: Việt Nam chính thức "định danh" AI bằng khung pháp lý riêng

Luật Trí tuệ nhân tạo: Việt Nam chính thức "định danh" AI bằng khung pháp lý riêng

Luật Trí tuệ nhân tạo quy định rõ nguyên tắc AI phục vụ con người, không thay thế trách nhiệm của con người; đồng thời bắt buộc các nội dung do AI tạo ra phải được gắn nhãn để phân biệt với nội dung thật. Đây được xem là bước đi mạnh nhằm hạn chế rủi ro thao túng, giả mạo và xâm phạm quyền riêng tư.
Bí thư Tỉnh ủy Phú Thọ Phạm Đại Dương cam kết 3 trọng tâm hành động khi ứng cử ĐBQH khóa XVI

Bí thư Tỉnh ủy Phú Thọ Phạm Đại Dương cam kết 3 trọng tâm hành động khi ứng cử ĐBQH khóa XVI

Chiều ngày 2/3, tại hội nghị tiếp xúc cử tri các xã, phường trên địa bàn tỉnh Phú Thọ, ông Phạm Đại Dương - Ủy viên Ban Chấp hành Trung ương Đảng, Bí thư Tỉnh ủy Phú Thọ cùng các ứng cử viên đại biểu Quốc hội (ĐBQH) khóa XVI đã trực tiếp trình bày chương trình hành động nhiệm kỳ 2026-2031.
Nhận định phiên giao dịch ngày 4/3: Rủi ro điều chỉnh bắt đầu tăng dần

Nhận định phiên giao dịch ngày 4/3: Rủi ro điều chỉnh bắt đầu tăng dần

Sau nhịp phục hồi tích cực đầu tháng, VN-Index đang tiến gần vùng kháng cự quan trọng, trong khi thanh khoản duy trì ở mức cao cho thấy dòng tiền vẫn hiện diện. Tuy nhiên, áp lực chốt lời có dấu hiệu gia tăng, khiến rủi ro điều chỉnh trong ngắn hạn bắt đầu tăng dần và đòi hỏi nhà đầu tư thận trọng hơn trong chiến lược giao dịch.
Mô hình đảm bảo độ tin cậy cho robot và hệ thống tự động hóa công nghiệp

Mô hình đảm bảo độ tin cậy cho robot và hệ thống tự động hóa công nghiệp

Trong lĩnh vực robot và tự động hóa, độ tin cậy không chỉ được đánh giá ở thời điểm bàn giao hệ thống mà được kiểm chứng qua nhiều năm vận hành liên tục. Theo Sealevel Systems, Inc. - doanh nghiệp chuyên thiết kế phần cứng điện toán nhúng và I/O công nghiệp bền bỉ, thách thức thực sự của hệ thống không nằm ở lúc mới triển khai, mà ở khả năng duy trì hiệu suất trong môi trường khắc nghiệt và biến động dài hạn.
Công nghệ AI "Make in Vietnam" được Hoa Kỳ cấp bằng sáng chế hữu ích

Công nghệ AI "Make in Vietnam" được Hoa Kỳ cấp bằng sáng chế hữu ích

Trung tâm Dịch vụ Dữ liệu và Trí tuệ nhân tạo Viettel (Viettel AI) vừa được Cơ quan Sáng chế và Nhãn hiệu Hoa Kỳ (USPTO) cấp bằng sáng chế hữu ích cho phương pháp theo vết đa đối tượng sử dụng AI. Đây là lần đầu một nghiên cứu của Viettel AI được bảo hộ sáng chế tại Hoa Kỳ, đánh dấu bước tiến quan trọng trong hành trình làm chủ công nghệ lõi “Make in Vietnam”.
PGS.TS. Hoàng Minh Sơn chính thức được công nhận Quyền Bộ trưởng Bộ GDĐT

PGS.TS. Hoàng Minh Sơn chính thức được công nhận Quyền Bộ trưởng Bộ GDĐT

Chiều 3/3, tại trụ sở Chính phủ, Thủ tướng Phạm Minh Chính chủ trì lễ công bố Quyết định của Bộ Chính trị, Thủ tướng Chính phủ về công tác cán bộ, trao Quyết định giao Quyền Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GDĐT) cho PGS.TS. Hoàng Minh Sơn.
Thị trường chứng khoán ngày 03/3: Đà giảm mạnh chưa dừng lại, nhóm dầu khí tiếp tục thăng hoa

Thị trường chứng khoán ngày 03/3: Đà giảm mạnh chưa dừng lại, nhóm dầu khí tiếp tục thăng hoa

Thị trường tiếp tục điều chỉnh mạnh khi VN Index mất thêm gần 33 điểm, VN30 cũng lùi về sát đường MA100. Tuy nhiên, nhóm dầu khí, phân bón và vận tải biển vẫn duy trì đà tăng tích cực trong bối cảnh các biến động địa chính trị tại Trung Đông chưa có dấu hiệu hạ nhiệt.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/3/2026: Tuổi Mùi cả hung lẫn cát, tuổi Thân công việc may mắn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/3/2026: Tuổi Mùi cả hung lẫn cát, tuổi Thân công việc may mắn

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 4/3/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Nghị quyết 57-NQ/TW của Bộ Chính trị có 3 ý nghĩa lớn đối với lĩnh vực tự động hóa

Nghị quyết 57-NQ/TW của Bộ Chính trị có 3 ý nghĩa lớn đối với lĩnh vực tự động hóa

Nghị quyết 57-NQ/TW của Bộ Chính trị được ban hành ngày 22/12/2024 mang lại nhiều ý nghĩa trong lĩnh vực khoa học, công nghệ, trong đó có công nghệ tự động hóa. Nhân dịp năm mới Bính Ngọ 2026, PGS. TS Lê Hoài Quốc - Phó Chủ tịch Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA), Chủ tịch Hội Tự động hóa TP Hồ Chí Minh (HAuA) đã có chia sẻ về những tác động cũng như việc nắm bắt cơ hội nhằm đẩy mạnh ứng dụng tự động hóa trong sản xuất sau khi sáp nhập tỉnh Bình Dương và Bà Rịa - Vũng Tàu (cũ) với TP. Hồ Chí Minh.
GS.VS. Châu Văn Minh được giới thiệu ứng cử đại biểu Quốc hội khóa XVI tại tỉnh Phú Thọ

GS.VS. Châu Văn Minh được giới thiệu ứng cử đại biểu Quốc hội khóa XVI tại tỉnh Phú Thọ

GS.VS. Châu Văn Minh - nguyên Ủy viên Trung ương Đảng, Bí thư Đảng ủy Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam được Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam giới thiệu ứng cử đại biểu Quốc hội khóa XVI, đơn vị bầu cử số 1 tại tỉnh Phú Thọ.
song-gia-tri