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
Thị trường chứng khoán ngày 2/12: VN Index mất mốc 1.700 điểm rồi bật tăng mạnh cuối phiên

Thị trường chứng khoán ngày 2/12: VN Index mất mốc 1.700 điểm rồi bật tăng mạnh cuối phiên

Sau nhịp rung lắc khá căng thẳng giữa phiên, có lúc mất mốc 1.700 điểm, VN Index bất ngờ đảo chiều mạnh mẽ nhờ dòng tiền vào nhóm trụ và sự hồi phục lan tỏa ở nhóm chứng khoán. Qua đó, giúp thị trường lấy lại khí thế và mở ra kỳ vọng tiến lên vùng 1.750 điểm.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/12/2025: Tuổi Tuất gặp may, tuổi Dần dễ rơi cảnh túng thiếu

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/12/2025: Tuổi Tuất gặp may, tuổi Dần dễ rơi cảnh túng thiếu

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 3/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Bộ KH và CN phối hợp với IAEA đánh giá tích hợp cơ sở hạ tầng điện hạt nhân ở Việt Nam

Bộ KH và CN phối hợp với IAEA đánh giá tích hợp cơ sở hạ tầng điện hạt nhân ở Việt Nam

Thực hiện chỉ đạo của Thủ tướng Chính phủ, Trưởng ban Ban Chỉ đạo xây dựng nhà máy điện hạt nhân, từ ngày 1 - 11/12 tại Hà Nội, Bộ Khoa học và Công nghệ (KH&CN), đầu mối là Cục An toàn bức xạ và hạt nhân đã chủ trì, phối hợp các bộ, ngành có liên quan của Việt Nam làm việc với Đoàn công tác của Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) để đánh giá toàn diện cơ sở hạ tầng điện hạt nhân quốc gia tại Việt Nam (Intergrated Nuclear Infrastructure Review Mission - INIR Mission).
Tái lập quan hệ sản xuất số: Góc nhìn từ Phật giáo nguyên thủy

Tái lập quan hệ sản xuất số: Góc nhìn từ Phật giáo nguyên thủy

Kỷ nguyên số, đặc biệt từ năm 2023 khi AI tạo sinh bùng nổ, đã đưa khái niệm lực lượng sản xuất đến một bước ngoặt lịch sử chưa từng có.
Bộ KH&CN tăng tốc hoàn thiện thể chế, chuẩn bị cho loạt sự kiện công nghệ lớn cuối năm

Bộ KH&CN tăng tốc hoàn thiện thể chế, chuẩn bị cho loạt sự kiện công nghệ lớn cuối năm

Sáng 1/12, Bộ Khoa học và Công nghệ (KH&CN) tổ chức họp báo thường kỳ tháng 11, cung cấp nhiều thông tin quan trọng về tiến độ xây dựng pháp luật, chiến lược phát triển công nghệ quốc gia và các hoạt động hỗ trợ doanh nghiệp trong bối cảnh cả nước đang bước vào giai đoạn tăng tốc chuyển đổi số và đổi mới sáng tạo.
Nhận định phiên giao dịch ngày 2/12: Ưu tiên nắm giữ các cổ phiếu có vận động hồi phục mạnh mẽ

Nhận định phiên giao dịch ngày 2/12: Ưu tiên nắm giữ các cổ phiếu có vận động hồi phục mạnh mẽ

Phiên giao dịch đầu tuần với tâm lý tích cực khi VN-Index chinh phục mốc 1.700 điểm, nhưng dòng tiền vẫn tập trung chủ yếu ở một số cổ phiếu dẫn dắt. Trong bối cảnh thị trường phân hóa mạnh và thanh khoản chưa cải thiện, giới phân tích khuyến nghị nhà đầu tư ưu tiên nắm giữ các mã có tín hiệu hồi phục rõ rệt và sức bật tốt hơn phần còn lại.
Thị trường đám mây: Tương lai tất yếu của phân phối SaaS

Thị trường đám mây: Tương lai tất yếu của phân phối SaaS

Trong bối cảnh nền kinh tế số tăng tốc, mô hình phân phối phần mềm qua Cloud Marketplace đang trở thành tiêu chuẩn mới của ngành SaaS. Theo báo cáo Canalys 2025, các marketplace như AWS, Azure hay Google Cloud hiện xử lý hơn 45 tỷ USD giao dịch mỗi năm, giúp giảm tới 60% chi phí thu hút khách hàng cho nhà cung cấp. Sự chuyển dịch này phản ánh rõ kỳ vọng của người mua doanh nghiệp: tiếp cận tức thì, giá linh hoạt và mua sắm tập trung.
Ba Vì vào mùa dã quỳ rực rỡ, lượng khách tăng mạnh cuối tuần

Ba Vì vào mùa dã quỳ rực rỡ, lượng khách tăng mạnh cuối tuần

“Mùa vàng Ba Vì” trở lại, đưa du khách vào khung cảnh dã quỳ nở rộ trải khắp sườn đồi và rừng thông. Chỉ trong mùa cao điểm năm nay, Vườn Quốc gia Ba Vì đã đón tới hàng chục nghìn lượt khách mỗi ngày, cho thấy sức hút đặc biệt của loài hoa được mệnh danh là “mặt trời nhỏ”.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 2/12/2025: Tuổi Sửu vượng tài lộc, tuổi Thìn cảnh báo rắc rối

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 2/12/2025: Tuổi Sửu vượng tài lộc, tuổi Thìn cảnh báo rắc rối

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 2/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 1/12: VN-Index vượt 1.700 điểm, dòng tiền đổ mạnh vào họ Vingroup

Thị trường chứng khoán ngày 1/12: VN-Index vượt 1.700 điểm, dòng tiền đổ mạnh vào họ Vingroup

Thị trường chứng khoán khởi động tháng 12 với sắc thái tích cực khi VN-Index bứt phá qua ngưỡng tâm lý 1.700 điểm chỉ sau ít phút giao dịch. Đây là tín hiệu củng cố kỳ vọng về một nhịp tăng mới trong giai đoạn cuối năm, nhất là khi chỉ số đã có 3 tuần hồi phục liên tiếp và kết thúc tháng 11 với mức tăng 3,2% dù thanh khoản vẫn ở vùng thấp.
song-gia-tri