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
Điểm chuẩn khối ngành STEM có thể tăng do chính sách học bổng của Nghị đinh 179

Điểm chuẩn khối ngành STEM có thể tăng do chính sách học bổng của Nghị đinh 179

Chính sách học bổng dành cho 111 ngành khoa học cơ bản, kỹ thuật then chốt và công nghệ chiến lược theo Nghị định 179/2026/NĐ-CP được dự báo sẽ tạo sức hút lớn với thí sinh, qua đó có thể khiến điểm chuẩn nhiều ngành STEM tăng trong mùa tuyển sinh năm nay.
Đại học Bách khoa Hà Nội công bố điểm chuẩn dự kiến 2026: Cao nhất 28,5 điểm, không ngành nào dưới 20

Đại học Bách khoa Hà Nội công bố điểm chuẩn dự kiến 2026: Cao nhất 28,5 điểm, không ngành nào dưới 20

Đại học Bách khoa Hà Nội vừa công bố điểm chuẩn dự kiến, điểm sàn và bảng quy đổi giữa các phương thức xét tuyển năm 2026. Theo dự báo của trường, mức điểm trúng tuyển cao nhất có thể lên tới 28,5 điểm và không có chương trình đào tạo nào được dự kiến lấy dưới 20 điểm.
Hệ thống làm lạnh di động bất ngờ trở thành "chìa khóa" cho trung tâm dữ liệu AI trị giá hàng chục tỷ USD

Hệ thống làm lạnh di động bất ngờ trở thành "chìa khóa" cho trung tâm dữ liệu AI trị giá hàng chục tỷ USD

Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo đang tạo ra nhu cầu khổng lồ về các trung tâm dữ liệu có mật độ tính toán cực cao. Điều ít người ngờ tới là những kinh nghiệm quen thuộc trong điều khiển hệ thống làm lạnh công nghiệp, HVAC hay trạm bơm lại đang trở thành lợi thế lớn để tham gia thị trường hạ tầng AI trị giá hàng chục tỷ USD.
Vinamilk duy trì sức mạnh thương hiệu trong nhóm cao nhất toàn cầu

Vinamilk duy trì sức mạnh thương hiệu trong nhóm cao nhất toàn cầu

Sáng ngày 2/7, Brand Finance đã công bố Bảng xếp hạng 100 thương hiệu giá trị nhất Việt Nam (Brand Finance Vietnam 100 2026). Vinamilk tiếp tục được xếp hạng AAA+, mức cao nhất trên thang đo sức mạnh thương hiệu và duy trì vị trí thứ 2 suốt 4 năm qua.
Người tiêu dùng có thể mua VinFast VF3 với giá dưới 200 triệu đồng

Người tiêu dùng có thể mua VinFast VF3 với giá dưới 200 triệu đồng

Với nhiều chương trình ưu đãi cộng gộp và ưu đãi trong tháng 7/2026, thời điểm này, người tiêu dùng có thể mua VF3 với giá chỉ 197,2 triệu đồng.
Nhận định phiên giao dịch ngày 3/7: Duy trì tỷ trọng trung bình, tránh mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 3/7: Duy trì tỷ trọng trung bình, tránh mua đuổi

VN-Index tiếp tục dao động giằng co quanh vùng 1.860 điểm sau khi giảm nhẹ trong phiên 2/7. Dù xu hướng tăng ngắn hạn vẫn được duy trì, các công ty chứng khoán cho rằng áp lực bán đang gia tăng, vì vậy nhà đầu tư nên giữ tỷ trọng cổ phiếu ở mức trung bình, hạn chế mua đuổi và chờ tín hiệu rõ ràng hơn của thị trường.
Tặng voucher lên tới 80 triệu đồng cho người từng mua xe xăng từ đại lý VinFast

Tặng voucher lên tới 80 triệu đồng cho người từng mua xe xăng từ đại lý VinFast

Từ 2/7, VinFast tặng voucher trị giá lên tới 80 triệu đồng cho chủ xe từng mua xe xăng của hãng, hiện tại có nhu cầu chuyển đổi sang xe điện. Chương trình nhằm tri ân người tiêu dùng tiên phong sử dụng xe của hãng, đồng thời thúc đẩy xu hướng chuyển đổi xanh trong cộng đồng.
Thị trường chứng khoán ngày 2/7: VN Index gần như đi ngang, thanh khoản khớp lệnh tiếp tục suy yếu

Thị trường chứng khoán ngày 2/7: VN Index gần như đi ngang, thanh khoản khớp lệnh tiếp tục suy yếu

VN Index giảm nhẹ 0,86 điểm xuống còn 1.866,35 điểm. Dù thanh khoản HoSE đạt hơn 17,2 nghìn tỷ đồng, nhưng giao dịch thỏa thuận chiếm tỷ trọng lớn, cho thấy dòng tiền khớp lệnh vẫn thận trọng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/7/2026: Tuổi Tý gặp quý nhân, tuổi Thìn đón cơ hội tài lộc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/7/2026: Tuổi Tý gặp quý nhân, tuổi Thìn đón cơ hội tài lộc

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 3/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Tổng bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm nêu 4 yêu cầu để Nghị quyết 57-NQ/TW thực chất hiệu quả hơn

Tổng bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm nêu 4 yêu cầu để Nghị quyết 57-NQ/TW thực chất hiệu quả hơn

Sau một buổi chiều làm việc khẩn trương, nghiêm túc, Hội nghị toàn quốc sơ kết 1 năm 6 tháng thực hiện Nghị quyết 57-NQ/TW đã hoàn thành các nội dung đề ra. Hội nghị được kết nối trực tuyến với các bộ, ngành, địa phương và cấp xã trên cả nước, thể hiện quyết tâm lớn trong việc đưa nghị quyết vào cuộc sống, đến từng cơ quan, từng địa phương, từng đơn vị cơ sở, từng doanh nghiệp.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc