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
ar
Tin bài khác
InterPetFest 2026: Cú hích cho ngành công nghiệp thú cưng Việt Nam

InterPetFest 2026: Cú hích cho ngành công nghiệp thú cưng Việt Nam

Trong bối cảnh thị trường thú cưng tại Việt Nam tăng trưởng nhanh những năm gần đây, sự xuất hiện của InterPetFest 2026 được xem là một dấu mốc quan trọng, tạo thêm động lực phát triển cho toàn ngành. Không chỉ đơn thuần là một triển lãm thương mại, sự kiện đang dần định vị vai trò là cầu nối giữa doanh nghiệp, chuyên gia và cộng đồng người nuôi thú cưng trong nước và quốc tế.
Beautycare Expo Hà Nội 2026: Không khí sôi động, quy tụ hàng trăm thương hiệu làm đẹp

Beautycare Expo Hà Nội 2026: Không khí sôi động, quy tụ hàng trăm thương hiệu làm đẹp

Diễn ra từ ngày 16-18/4 tại Hà Nội, Beautycare Expo Hà Nội 2026 thu hút đông đảo doanh nghiệp, chuyên gia và tín đồ làm đẹp ngay từ những giờ đầu khai mạc. Không chỉ là không gian trưng bày, sự kiện còn trở thành điểm hẹn kết nối, cập nhật xu hướng và thúc đẩy hợp tác trong ngành công nghiệp làm đẹp.
Khoảng cách số của người khuyết tật: Không chỉ là câu chuyện thiết bị

Khoảng cách số của người khuyết tật: Không chỉ là câu chuyện thiết bị

Nhân Ngày Người khuyết tật Việt Nam lần thứ 28 (18/4/1998 - 18/4/2026), Viện Nghiên cứu Quản lý phát triển bền vững (MSD) phối hợp với Đối tác “Không để ai bị bỏ lại phía sau” (LNOB) Việt Nam công bố báo cáo “Khảo sát năng lực kỹ thuật số của người khuyết tật tại Việt Nam”.
Công nghệ mới thu hẹp khoảng cách giữa AGV và AMR trong nhà máy thông minh

Công nghệ mới thu hẹp khoảng cách giữa AGV và AMR trong nhà máy thông minh

Trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, sự khác biệt giữa xe tự hành dẫn hướng (AGV) và robot di động tự hành (AMR) luôn đặt ra bài toán cân bằng giữa tính ổn định và linh hoạt. Mới đây, BlueBotics - công ty chuyên về điều hướng tự động tại Thụy Sĩ đã giới thiệu công nghệ SmartPass, được kỳ vọng sẽ xóa nhòa ranh giới này bằng cách kết hợp ưu điểm của cả hai hệ thống.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Agribank điều chỉnh lãi suất huy động, kỳ hạn 24 tháng cao nhất

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Agribank điều chỉnh lãi suất huy động, kỳ hạn 24 tháng cao nhất

Tuần qua đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ đầu xuân và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh: VPBank tăng trưởng ấn tượng trong quý I/2026; Agribank điều chỉnh lãi suất huy động; SHB thúc đẩy kết nối nguồn lực, phát triển hệ sinh thái tài chính...
Song sinh kỹ thuật số giúp giảm 50% lỗi CNC - bước tiến mới cho sản xuất chính xác

Song sinh kỹ thuật số giúp giảm 50% lỗi CNC - bước tiến mới cho sản xuất chính xác

Một bước đột phá trong lĩnh vực gia công cơ khí chính xác vừa được công bố khi Mitsubishi Electric phối hợp cùng RWTH Aachen University phát triển thành công công nghệ song sinh kỹ thuật số (digital twin) có khả năng phát hiện và hiệu chỉnh sai số gia công CNC theo thời gian thực. Kết quả thử nghiệm cho thấy công nghệ này có thể giảm tới 50% lỗi phát sinh trong quá trình gia công, đồng thời nâng cao năng suất và giảm tác động môi trường.
Thị trường chứng khoán ngày 17/4: VN-Index đảo chiều giảm nhẹ, kết thúc chuỗi tăng 5 phiên liên tiếp

Thị trường chứng khoán ngày 17/4: VN-Index đảo chiều giảm nhẹ, kết thúc chuỗi tăng 5 phiên liên tiếp

Dù duy trì sắc xanh trong phần lớn thời gian giao dịch, VN-Index đã đảo chiều giảm nhẹ vào cuối phiên 17/4 do áp lực từ nhóm cổ phiếu trụ. Tuy vậy, thị trường vẫn ghi nhận tuần tăng điểm thứ 4 liên tiếp với mức tăng hơn 3,8%.
Nhiều doanh nghiệp kinh doanh vàng lớn có doanh thu khủng nhưng lợi nhuận khiêm tốn

Nhiều doanh nghiệp kinh doanh vàng lớn có doanh thu khủng nhưng lợi nhuận khiêm tốn

Các "ông lớn" vàng bạc đá quý như PNJ, SJC,... dù quy mô tài sản không giống nhau, nhưng mỗi năm thu về hàng chục nghìn tỷ đồng doanh thu.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/4/2026: Tuổi Dậu dễ trở nên nóng nảy, tuổi Sửu gặt hái thành quả

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/4/2026: Tuổi Dậu dễ trở nên nóng nảy, tuổi Sửu gặt hái thành quả

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 18/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Lương thực, thực phẩm Việt khẳng định giá trị tham gia sâu vào chuỗi cung ứng toàn cầu

Lương thực, thực phẩm Việt khẳng định giá trị tham gia sâu vào chuỗi cung ứng toàn cầu

Diễn ra từ 15/4 - 18/4/2026, Triển lãm Quốc tế HCMC FOODEX 2026 đã trở thành cầu nối giao thương trọng điểm cho ngành lương thực, thực phẩm khu vực và quốc tế cũng như khẳng định vị thế trụ cột và phát triển năng động của ngành lương thực - thực phẩm TP. Hồ Chí Minh trong chuỗi cung ứng toàn cầu.
song-gia-tri