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
tan-hoang-minh
Tin bài khác
Thị trường chứng khoán ngày 01/10: Trạng thái tiêu cực kéo dài, VN Index thủng mốc 1.750 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 01/10: Trạng thái tiêu cực kéo dài, VN Index thủng mốc 1.750 điểm

VN Index tiếp tục giảm 19,32 điểm trong phiên đầu tháng 10 khi lực bán gia tăng ở nhóm vốn hóa lớn. VIC tiếp tục là lực cản chính của chỉ số, PNJ giảm sàn phiên thứ tư liên tiếp, trong khi thanh khoản vẫn ở mức thấp cho thấy lực cầu còn dè dặt.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 2/10/2026: Tuổi Mão vận trình hanh thông, tuổi Thân nên thận trọng lời nói

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 2/10/2026: Tuổi Mão vận trình hanh thông, tuổi Thân nên thận trọng lời nói

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 2/10/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Khi chính mô hình AI trở thành điểm yếu bảo mật

Khi chính mô hình AI trở thành điểm yếu bảo mật

Khi doanh nghiệp ngày càng tự phát triển, tùy chỉnh và đưa AI vào các hoạt động chuyên biệt, mô hình AI không chỉ là công cụ hỗ trợ mà còn trở thành một phần quan trọng của hệ thống dữ liệu và vận hành.
NATIF dự kiến tài trợ tối đa 3 tỷ đồng cho một nhiệm vụ đổi mới công nghệ ứng dụng AI

NATIF dự kiến tài trợ tối đa 3 tỷ đồng cho một nhiệm vụ đổi mới công nghệ ứng dụng AI

NATIF mở rộng cơ chế hỗ trợ đổi mới công nghệ ứng dụng AI, đồng thời kết nối doanh nghiệp Việt Nam - Nhật Bản qua chương trình đồng tài trợ NATIF - NEDO.
Năm 2026: AM Best tiếp tục xếp hạng năng lực tài chính của BIC ở mức B++

Năm 2026: AM Best tiếp tục xếp hạng năng lực tài chính của BIC ở mức B++

Tổ chức xếp hạng tín nhiệm tài chính hàng đầu thế giới AM Best vừa công bố xếp hạng tín nhiệm năm 2026 của Tổng Công ty Bảo hiểm BIDV (BIC).
BIDV kết nối cơ hội kinh doanh và tài chính Việt Nam - Thái Lan

BIDV kết nối cơ hội kinh doanh và tài chính Việt Nam - Thái Lan

Ngày 28/09/2026, tại TP. Hồ Chí Minh, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) đã phối hợp với Tổng Lãnh sự quán Thái Lan tại Thành phố Hồ Chí Minh tổ chức Hội thảo kinh doanh “Triển vọng kinh doanh và tài chính Việt Nam - Thái Lan: xu hướng kinh tế, đầu tư trực tiếp nước ngoài (FDI) và chiến lược quản lý rủi ro”.
EU nâng chuẩn bao bì: Doanh nghiệp chế biến và xuất khẩu cần chuẩn bị gì cho cuộc chơi mới?

EU nâng chuẩn bao bì: Doanh nghiệp chế biến và xuất khẩu cần chuẩn bị gì cho cuộc chơi mới?

Các tiêu chuẩn mới về bao bì, tái chế và trách nhiệm môi trường đang từng bước định hình lại chuỗi cung ứng toàn cầu.
Dữ liệu cảm biến: “mỏ vàng” chưa được khai thác của nhà máy thông minh

Dữ liệu cảm biến: “mỏ vàng” chưa được khai thác của nhà máy thông minh

Các nhà máy hiện đại đang tạo ra lượng dữ liệu cảm biến khổng lồ, nhưng phần lớn nguồn dữ liệu này chưa được chuyển hóa thành quyết định vận hành kịp thời. Khi hàng nghìn cảm biến liên tục ghi nhận nhiệt độ, áp suất, độ rung và chất lượng, bài toán quan trọng của sản xuất thông minh không còn là thu thập thêm dữ liệu, mà là xây dựng hạ tầng để phân tích và hành động theo thời gian thực.
Công nghiệp công nghệ số tăng trưởng hơn 32% sau 9 tháng

Công nghiệp công nghệ số tăng trưởng hơn 32% sau 9 tháng

Tháng 9/2026, doanh thu lĩnh vực công nghiệp công nghệ số ước đạt 770.766 tỷ đồng, tăng 36% so với cùng kỳ năm 2025. Lũy kế 9 tháng, doanh thu lĩnh vực này ước đạt 5.387.142 tỷ đồng, tăng khoảng 32,1%.
Nhận định phiên giao dịch ngày 1/10: Ưu tiên quản trị rủi ro

Nhận định phiên giao dịch ngày 1/10: Ưu tiên quản trị rủi ro

Sau ba phiên điều chỉnh liên tiếp, VN-Index đã mất mốc MA50 ngày trong bối cảnh áp lực bán gia tăng và khối ngoại tiếp tục bán ròng mạnh. Thị trường được đánh giá có thể tiếp tục kiểm định các vùng hỗ trợ thấp hơn, do đó nhà đầu tư nên ưu tiên quản trị rủi ro và hạn chế gia tăng tỷ trọng khi xu hướng chưa ổn định.
master