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
Thị trường chứng khoán ngày 18/6: VN Index vượt 1.830 điểm nhờ nhóm Vin, thanh khoản sụt mạnh

Thị trường chứng khoán ngày 18/6: VN Index vượt 1.830 điểm nhờ nhóm Vin, thanh khoản sụt mạnh

Dù sắc đỏ chiếm ưu thế trên bảng điện tử, VN Index vẫn tăng hơn 24 điểm nhờ lực kéo đột biến từ nhóm cổ phiếu Vin. Tuy nhiên, thanh khoản giảm mạnh cho thấy tâm lý nhà đầu tư vẫn thận trọng khi chỉ số tiến gần vùng kháng cự 1.840-1.850 điểm.
VSE 2026 và VHF 2026: Từ triển lãm công nghệ đến lời giải cho bài toán nâng cấp năng lực sản xuất quốc gia

VSE 2026 và VHF 2026: Từ triển lãm công nghệ đến lời giải cho bài toán nâng cấp năng lực sản xuất quốc gia

Trong bối cảnh cạnh tranh công nghiệp toàn cầu đang được quyết định bởi năng lực đổi mới sáng tạo, dữ liệu và tự động hóa, việc xây dựng các nhà máy thông minh không còn là lựa chọn của tương lai mà đã trở thành yêu cầu của hiện tại. Họp báo công bố Triển lãm Nhà máy Thông minh Việt Nam 2026 (VSE 2026) và Triển lãm Quốc tế Ngũ kim và Dụng cụ phụ trợ Việt Nam 2026 (VHF 2026) diễn ra ngày 18/6 tại TP.Hồ Chí Minh không chỉ giới thiệu một sự kiện xúc tiến thương mại đơn thuần, mà còn phản ánh rõ xu hướng chuyển dịch của nền sản xuất Việt Nam trong giai đoạn mới.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/6/2026: Tuổi Dậu đón cơ hội tài lộc, tuổi Thìn công việc thăng hoa

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/6/2026: Tuổi Dậu đón cơ hội tài lộc, tuổi Thìn công việc 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 19/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Vinamilk tiếp tục là đại diện duy nhất của ngành sữa Việt Nam trong Fortune 500 Đông Nam Á

Vinamilk tiếp tục là đại diện duy nhất của ngành sữa Việt Nam trong Fortune 500 Đông Nam Á

Năm thứ 3 liên tiếp được ghi nhận trong Fortune Southeast Asia 500 (Fortune SEA 500), Vinamilk lần nữa khẳng định sức mạnh của thương hiệu sữa Việt khi góp mặt trong danh sách vốn được thống lĩnh bởi các doanh nghiệp tài chính và năng lượng.
Vinamilk thắng lợi lớn tại giải thưởng đổi mới sáng tạo ngành sữa toàn cầu 2026

Vinamilk thắng lợi lớn tại giải thưởng đổi mới sáng tạo ngành sữa toàn cầu 2026

Tại World Dairy Innovation Awards 2026 (Giải thưởng Đổi mới sáng tạo ngành Sữa toàn cầu 2026) diễn ra trong khuôn khổ Hội nghị Sữa toàn cầu tại Barcelona (Tây Ban Nha), vượt qua nhiều tên tuổi lớn của ngành sữa thế giới, Vinamilk đã giành 5 giải thưởng từ 17 đề cử lọt vào vòng chung kết. Theo ông Richard Hall, Chủ tịch Global Dairy Congress và World Dairy Innovation Awards, đây là một kỳ tích chưa có tiền lệ trong suốt 20 năm tổ chức trao giải.
Giữ nhịp phát triển cho ngành tự động hóa Việt Nam

Giữ nhịp phát triển cho ngành tự động hóa Việt Nam

Gắn bó với Tạp chí Tự động hóa Ngày nay từ những ngày đầu, PGS.TS. Lê Hoài Quốc - Chủ tịch Hội Tự động hóa TP. Hồ Chí Minh cho rằng, giá trị lớn nhất của tạp chí là tạo dựng một diễn đàn chuyên môn nghiêm túc, nơi kết nối các nhà khoa học, kỹ sư và doanh nghiệp cùng chung khát vọng phát triển công nghệ Việt Nam.
Tự động hóa Ngày nay: 25 năm lan tỏa tri thức công nghệ

Tự động hóa Ngày nay: 25 năm lan tỏa tri thức công nghệ

Nhân kỷ niệm 25 năm ngày thành lập Tạp chí Tự động hóa Ngày nay (TĐHNN), chúng ta cùng ôn lại một số kỷ niệm với người đã gắn bó tròn 10 năm ở chặng đường đầu tiên của Tạp chí - Nhà báo Nguyễn Tiến Dũng, Nguyên Phó Tổng biên tập từ 2001-2011.
TP.Hồ Chí Minh hướng tới “Quantum-Ready”: Chuẩn bị từ sớm cho kỷ nguyên công nghệ lượng tử

TP.Hồ Chí Minh hướng tới “Quantum-Ready”: Chuẩn bị từ sớm cho kỷ nguyên công nghệ lượng tử

Ngày 17/6, chương trình “Thành phố Hồ Chí Minh Quantum - Ready 2026” đã diễn ra tại Trung tâm Khởi nghiệp sáng tạo TP.Hồ Chí Minh (SIHUB), quy tụ các nhà quản lý, chuyên gia, doanh nghiệp, nhà đầu tư và cơ sở đào tạo trong nước, quốc tế. Đây không chỉ là diễn đàn trao đổi về công nghệ lượng tử, sự kiện còn đặt nền móng cho việc xây dựng hệ sinh thái đổi mới sáng tạo, phát triển nguồn nhân lực và chuẩn bị năng lực sẵn sàng cho TP.Hồ Chí Minh trước những cơ hội và thách thức của kỷ nguyên hậu lượng tử.
Công nghiệp 4.0 và chuỗi cung ứng thông minh: Động lực mới cho TP.Hồ Chí Minh bứt phá trong kỷ nguyên số

Công nghiệp 4.0 và chuỗi cung ứng thông minh: Động lực mới cho TP.Hồ Chí Minh bứt phá trong kỷ nguyên số

Trong bối cảnh chuỗi cung ứng toàn cầu đang được tái cấu trúc mạnh mẽ dưới tác động của chuyển đổi số, chuyển đổi xanh và các biến động địa chính trị, TP.Hồ Chí Minh đứng trước yêu cầu cấp thiết phải đổi mới mô hình tăng trưởng. Diễn đàn “Công nghiệp 4.0 và Chuỗi cung ứng thông minh - Động lực mới cho TP.Hồ Chí Minh” diễn ra ngày 17/6/2026 tại WTC Expo (TP.Hồ Chí Minh) đã trở thành không gian đối thoại quan trọng giữa cơ quan quản lý, cộng đồng doanh nghiệp, các chuyên gia công nghệ và tổ chức nghề nghiệp nhằm tìm kiếm lời giải cho bài toán nâng cao năng lực cạnh tranh của thành phố trong giai đoạn mới.
Bài 3: Từ lối đi tắt đến công nghệ dài hơi

Bài 3: Từ lối đi tắt đến công nghệ dài hơi

Sau những chiếc taxi điện, chuyến buýt xanh và mạng sạc đang hiện hữu trên đường phố là một câu hỏi khó hơn, trong chiếc xe mang thương hiệu Việt, phần tri thức nào đã được tiếp nhận, phần năng lực nào đang hình thành? VinFast không bắt đầu như Tesla hay BYD. Hãng chọn cách hội tụ công nghệ toàn cầu thật nhanh, rồi tìm đường biến sự hội tụ ấy thành năng lực công nghiệp Việt Nam.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc