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
Tin bài khác
Hà Nội lần đầu tiên đăng cai Triển lãm Máy Công cụ chuyên nghiệp vào tháng 11/2025

Hà Nội lần đầu tiên đăng cai Triển lãm Máy Công cụ chuyên nghiệp vào tháng 11/2025

Sự bùng nổ sản xuất tại Việt Nam thu hút triển lãm công nghiệp hàng đầu của CMES đến Hà Nội, hứa hẹn mang lại các thương vụ xuyên biên giới và những góc nhìn về Công nghiệp 4.0.
Thủ tướng Phạm Minh Chính: "Triển lãm 80 năm Độc lập - Tự do - Hạnh phúc vượt ngoài mong đợi"

Thủ tướng Phạm Minh Chính: "Triển lãm 80 năm Độc lập - Tự do - Hạnh phúc vượt ngoài mong đợi"

Tối 15/9, tại Trung tâm Triển lãm Quốc gia (Đông Anh, Hà Nội), Thủ tướng Chính phủ Phạm Minh Chính tham dự và phát biểu tại lễ bế mạc Triển lãm thành tựu đất nước với chủ đề "80 năm hành trình Độc lập -Tự do - Hạnh phúc".
Bốn chiến lược bảo trì để kéo dài tuổi thọ thiết bị kho bãi

Bốn chiến lược bảo trì để kéo dài tuổi thọ thiết bị kho bãi

Trong khi nhiều doanh nghiệp kho bãi mải tập trung đáp ứng đơn hàng và cắt giảm thời gian ngừng hoạt động, công tác bảo trì thiết bị lại thường bị bỏ ngỏ. Thực tế, duy trì một chiến lược bảo trì toàn diện không chỉ kéo dài tuổi thọ máy móc mà còn giúp tối ưu chi phí, tăng năng suất và bảo đảm an toàn lao động. Đây chính là nền tảng để vận hành hiệu quả và bền vững trong dài hạn.
Nhận định phiên giao dịch ngày 16/9: VN-Index hướng 1.700 điểm – nhà đầu tư nên gia tăng tỷ trọng cổ phiếu

Nhận định phiên giao dịch ngày 16/9: VN-Index hướng 1.700 điểm – nhà đầu tư nên gia tăng tỷ trọng cổ phiếu

Phiên giao dịch ngày 15/9 chứng kiến VN-Index bứt phá lên 1.684,9 điểm với sắc xanh lan tỏa ở toàn bộ 18 nhóm ngành. Thanh khoản cải thiện mạnh, nhóm midcap và smallcap đồng loạt tăng tốc, trong khi nhiều cổ phiếu vốn hóa lớn đảo chiều tích cực. Trước xu hướng thị trường khởi sắc, các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư có thể nâng tỷ trọng cổ phiếu trong danh mục lên mức 30 – 50%.
Việt Nam tạo dấu ấn mạnh tại AWG-35 với sáng kiến quản lý tần số và phát triển hạ tầng số

Việt Nam tạo dấu ấn mạnh tại AWG-35 với sáng kiến quản lý tần số và phát triển hạ tầng số

Tại Hội nghị lần thứ 35 của Nhóm công tác về phối hợp tần số (AWG-35) thuộc Tổ chức Viễn thông châu Á - Thái Bình Dương (APT) vừa tổ chức tại Thái Lan, đoàn Việt Nam đã ghi dấu ấn mạnh mẽ với nhiều sáng kiến đột phá trong quản lý phổ tần và phát triển hạ tầng số.
Thất nghiệp ẩn (Hidden Unemployment): Hiện tượng cần nhìn thẳng và giải pháp

Thất nghiệp ẩn (Hidden Unemployment): Hiện tượng cần nhìn thẳng và giải pháp

GIG Economy ở Việt Nam đang bùng nổ, được ca ngợi như biểu tượng của sự linh hoạt và tự do. Thế nhưng đằng sau lớp vỏ hào nhoáng ấy, một hiện tượng ngày càng rõ rệt là “thất nghiệp ẩn” (hidden unemployment), tình trạng người lao động có việc nhưng thu nhập bấp bênh, thiếu an sinh và kỹ năng bị lãng phí. Bài viết này phân tích hiện tượng dưới góc nhìn xã hội - kinh tế, đối chiếu kinh nghiệm quốc tế, và gợi mở giải pháp cho Việt Nam, nhằm biến Gig Economy thành động lực chứ không phải bóng ma của thị trường lao động.
Giải pháp công nghệ cho dân cư, doanh nghiệp trên nền định danh số

Giải pháp công nghệ cho dân cư, doanh nghiệp trên nền định danh số

Thủ tướng Chính phủ Phạm Minh Chính vừa ký Chỉ thị số 24/CT-TTg ngày 13/9/2025 về việc thúc đẩy triển khai các giải pháp công nghệ phục vụ người dân và doanh nghiệp gắn với dữ liệu dân cư, định danh và xác thực điện tử.
JBL ra mắt tai nghe mở JBL Sense Lite - nhỏ gọn, an toàn, giàu bass

JBL ra mắt tai nghe mở JBL Sense Lite - nhỏ gọn, an toàn, giàu bass

Nhỏ gọn, thoáng tai nhưng vẫn tràn đầy năng lượng - JBL Sense Lite mở ra trải nghiệm âm nhạc mới với chất âm sống động, pin bền bỉ và nhiều tính năng thông minh.
Herbalife Việt Nam cổ vũ tinh thần sống khỏe tại giải chạy cùng VnExpress Marathon Cần Thơ

Herbalife Việt Nam cổ vũ tinh thần sống khỏe tại giải chạy cùng VnExpress Marathon Cần Thơ

Herbalife Việt Nam, một trong những công ty hàng đầu về sức khỏe và thể chất, là Nhà Tài Trợ chính thức của giải chạy VnExpress Marathon Cần Thơ 2025 được tổ chức từ ngày 12 đến 14 tháng 09 năm 2025 tại thành phố Cần Thơ. Đây là giải chạy đầu tiên thuộc hệ thống VnExpress Marathon được tổ chức tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. Giải chạy thu hút sự tham gia của hơn 9.000 vận động viên trong nước và quốc tế cùng bạn bè và người thân.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/9/2025: Tuổi Tý diễn ra thuận lợi, tuổi Tuất dễ gặp bất lợi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/9/2025: Tuổi Tý diễn ra thuận lợi, tuổi Tuất dễ gặp bất lợi

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 15/9/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
song-gia-tri