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
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/8/2025: Tuổi Mùi xảy ra tranh cãi, tuổi Ngọ tinh thần tích cực

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/8/2025: Tuổi Mùi xảy ra tranh cãi, tuổi Ngọ tinh thần tích cực

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 5/8/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
iPhone màn hình gập sẽ ra mắt vào tháng 9 năm sau

iPhone màn hình gập sẽ ra mắt vào tháng 9 năm sau

Apple dự kiến ra mắt iPhone gập đầu tiên vào 9/2026, hứa hẹn tạo doanh thu 65 tỷ USD và định hình lại thị trường smartphone gập.
Thị trường chứng khoán ngày 04/8: Ngân hàng và chứng khoán dẵn dắt, VN Index bật tăng mạnh từ vùng hỗ trợ

Thị trường chứng khoán ngày 04/8: Ngân hàng và chứng khoán dẵn dắt, VN Index bật tăng mạnh từ vùng hỗ trợ

Thị trường khởi động phiên đầu tuần với trạng thái tích cực, khi VN Index vọt lên từ vùng hỗ trợ kỹ thuật MA20 và kết phiên ở mức 1.528,19 điểm, tăng gần 33 điểm so với hôm trước. Dòng tiền lan tỏa mạnh trên diện rộng, nhiều nhóm ngành đồng loạt tăng giá, đặc biệt là ngân hàng và chứng khoán. Thanh khoản cải thiện và số mã tăng áp đảo hoàn toàn, báo hiệu thị trường có thể đã hoàn tất nhịp điều chỉnh ngắn hạn.
Mô-đun liên kết thông minh số hóa toàn diện từ hiện trường đến đám mây

Mô-đun liên kết thông minh số hóa toàn diện từ hiện trường đến đám mây

Bằng cách tích hợp vào hệ thống SIMATIC thông qua SIMATIC ET 200SP, mô-đun liên kết thông minh tạo ra kết nối giữa thiết bị hiện trường và tự động hóa. Nó mang lại sự minh bạch toàn diện và tối ưu hóa hiệu suất ở mọi cấp độ.
Truyền thông số: "Lá chắn mềm" trước các thủ đoạn lừa đảo trong lĩnh vực văn hóa, thể thao và du lịch

Truyền thông số: "Lá chắn mềm" trước các thủ đoạn lừa đảo trong lĩnh vực văn hóa, thể thao và du lịch

Trước diễn biến phức tạp của các hình thức lừa đảo trên không gian mạng, đặc biệt trong các lĩnh vực văn hóa, thể thao và du lịch, Bộ VHTTDL đề xuất Chính phủ bố trí nguồn kinh phí riêng cho công tác truyền thông phòng chống lừa đảo, ưu tiên truyền thông trên nền tảng số và ứng dụng công nghệ mới nhằm nâng cao hiệu quả lan tỏa và bảo vệ người dân.
Petrovietnam giữ vững vị thế tập đoàn kinh tế hàng đầu đất nước và vươn tầm quốc tế

Petrovietnam giữ vững vị thế tập đoàn kinh tế hàng đầu đất nước và vươn tầm quốc tế

Trong hai ngày 2–3/8/2025, Đại hội đại biểu Đảng bộ Tập đoàn Công nghiệp – Năng lượng Quốc gia Việt Nam lần thứ IV, nhiệm kỳ 2025–2030 đã được tổ chức trọng thể. Sự kiện mang ý nghĩa đặc biệt quan trọng, đánh dấu hành trình 50 năm xây dựng và phát triển của Petrovietnam – lực lượng trụ cột trong sự nghiệp bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia, đồng thời thể hiện khát vọng vươn mình mạnh mẽ trên bản đồ kinh tế năng lượng toàn cầu.
Thủ tướng: Petrovietnam đóng góp quan trọng cho sự phát triển nhanh và bền vững của đất nước

Thủ tướng: Petrovietnam đóng góp quan trọng cho sự phát triển nhanh và bền vững của đất nước

Thủ tướng Phạm Minh Chính biểu dương sự nỗ lực rất lớn, trưởng thành, lớn mạnh của Tập đoàn Petrovietnam, đóng góp quan trọng cho sự phát triển nhanh và bền vững của đất nước, góp phần bảo đảm "5 an": An ninh năng lượng, an ninh lương thực, an ninh kinh tế, an sinh xã hội và an ninh chủ quyền biển đảo của Tổ quốc.
Khi AI trở thành “cánh tay phải” đắc lực

Khi AI trở thành “cánh tay phải” đắc lực

Trong một thế giới từng bị chi phối bởi các tập đoàn lớn với ngân sách khổng lồ và công nghệ tối tân, các doanh nghiệp nhỏ và tổ chức phi lợi nhuận thường phải vật lộn để bắt kịp. Tuy nhiên, sự xuất hiện của trí tuệ nhân tạo (AI) đang dần thu hẹp khoảng cách đó mang lại cơ hội đổi mới, hiệu quả và cạnh tranh công bằng hơn cho các đơn vị quy mô nhỏ.
Nhận định phiên giao dịch ngày 4/8: Chốt lời hợp lý, canh điểm mua mới

Nhận định phiên giao dịch ngày 4/8: Chốt lời hợp lý, canh điểm mua mới

Thị trường bước vào tháng 8 với một phiên điều chỉnh nhẹ, sau khi VN Index không thể giữ được vùng đỉnh quanh mốc 1.560 điểm. Sự rút lui tạm thời của dòng tiền khỏi nhóm bluechip cùng với tâm lý nhà đầu tư dao động đã khiến thị trường hạ nhiệt. Tuy nhiên, tín hiệu kỹ thuật vẫn tích cực, cho thấy xu hướng tăng chưa bị phá vỡ – và đây có thể là thời điểm thích hợp để cơ cấu lại danh mục cho chu kỳ tăng tiếp theo.
PV GAS: Tăng tốc đầu tư, kiến tạo nền móng cho hành trình khí sạch quốc gia

PV GAS: Tăng tốc đầu tư, kiến tạo nền móng cho hành trình khí sạch quốc gia

Dù đối mặt với nhiều biến động từ thị trường năng lượng và sản lượng khí suy giảm, PV GAS vẫn duy trì đà tăng trưởng tích cực trong 7 tháng đầu năm 2025. Với chiến lược chuyển hướng linh hoạt, đẩy mạnh đầu tư vào hạ tầng LNG và mở rộng hệ sinh thái khí sạch, Tổng công ty đang từng bước kiến tạo nền móng vững chắc cho hành trình phát triển dài hạn – hướng tới mục tiêu trở thành trụ cột trong chiến lược năng lượng quốc gia và tiên phong trên lộ trình chuyển dịch năng lượng bền vững.
Quảng cáo
moxa