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
vcca2026
Tin bài khác
Nhận định phiên giao dịch ngày 24/6: Áp lực chốt lời nhiều khả năng sẽ gia tăng

Nhận định phiên giao dịch ngày 24/6: Áp lực chốt lời nhiều khả năng sẽ gia tăng

Dòng tiền tiếp tục hỗ trợ VN-Index tiến sát ngưỡng 1.880 điểm, trong bối cảnh thanh khoản thị trường tăng mạnh và tâm lý nhà đầu tư được cải thiện. Tuy nhiên, vùng kháng cự quan trọng phía trước cùng áp lực hiện thực hóa lợi nhuận sau nhịp tăng vừa qua có thể khiến thị trường đối mặt với những rung lắc đáng kể trong ngắn hạn.
Thiết kế hệ thống điều khiển chuyển động: Yếu tố quyết định độ chính xác của máy móc hiện đại

Thiết kế hệ thống điều khiển chuyển động: Yếu tố quyết định độ chính xác của máy móc hiện đại

Từ robot phẫu thuật, thiết bị hàng không vũ trụ cho đến các dây chuyền tự động hóa tiên tiến, hệ thống điều khiển chuyển động đóng vai trò cốt lõi trong việc đảm bảo máy móc vận hành chính xác, ổn định và đáng tin cậy. Tuy nhiên, theo kỹ sư Ronak Samani của maxon, việc xây dựng một hệ thống điều khiển chuyển động hiệu quả không chỉ dựa trên các công thức kỹ thuật mà còn là một quá trình tối ưu hóa liên tục giữa phần cứng, phần mềm và yêu cầu ứng dụng thực tế.
Giải Tennis E&A Open lần thứ 15: Hơn 240 triệu đồng tiếp sức bệnh nhi nghèo

Giải Tennis E&A Open lần thứ 15: Hơn 240 triệu đồng tiếp sức bệnh nhi nghèo

Ngày 30/5/2026, tại sân tennis Khang An, Giải Tennis Từ thiện E&A Open lần thứ 15 - Tranh Cúp Á Âu đã diễn ra thành công, thu hút đông đảo vận động viên, nhà tài trợ, khách mời và các mạnh thường quân tham dự. Sự kiện không chỉ là sân chơi thể thao sôi nổi mà còn là hoạt động ý nghĩa nhằm kết nối cộng đồng, chung tay hỗ trợ các bệnh nhi có hoàn cảnh khó khăn.
VF5 nâng chuẩn ô tô điện thích nghi mọi nhu cầu người Việt

VF5 nâng chuẩn ô tô điện thích nghi mọi nhu cầu người Việt

Với những tính năng mạnh mẽ, đáp ứng nhiều nhu cầu cuộc sống của người Việt, VF5 đang tạo nên một tiêu chuẩn mới rõ rệt trong phân khúc xe hạng A, trang bị hàng loạt tiện nghi, công nghệ vượt trội, chi phí phù hợp và tiện ích.
Thị trường chứng khoán ngày 23/6: Dòng tiền lớn nhập cuộc, VN Index vẫn “xanh vỏ đỏ lòng”

Thị trường chứng khoán ngày 23/6: Dòng tiền lớn nhập cuộc, VN Index vẫn “xanh vỏ đỏ lòng”

VN Index tăng hơn 11 điểm nhưng phía sau sắc xanh của chỉ số là áp lực chốt lời lan rộng. Khi hơn 200 mã giảm giá, thị trường tiếp tục cho thấy sự phụ thuộc lớn vào nhóm trụ, đặc biệt là VIC và một số cổ phiếu ngân hàng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/6/2026: Tuổi Thìn đón quý nhân, tuổi Tuất cần giữ bình tĩnh

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/6/2026: Tuổi Thìn đón quý nhân, tuổi Tuất cần giữ bình tĩnh

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 24/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Xe điện Việt Nam sau 3 năm tăng tốc

Xe điện Việt Nam sau 3 năm tăng tốc

Từ những chiếc xe khi xuất hiện còn gây tò mò trên phố, sau 3 năm tăng tốc, xe điện đã bước vào nhịp sống Việt Nam như một lựa chọn tiêu dùng, với dịch vụ và hạ tầng mới. Sau 3 năm tăng tốc, Việt Nam không chỉ mở ra kỳ vọng về giao thông xanh, mà còn đặt thị trường trước bài toán lớn về trạm sạc, chi phí, chất lượng pin và niềm tin dành cho khách hàng.
Hợp tác giữa Khoa Điện - Điện tử (UTC) và RTC Technology Việt Nam mang lại nguồn nhân lực kỹ thuật chất lượng cao

Hợp tác giữa Khoa Điện - Điện tử (UTC) và RTC Technology Việt Nam mang lại nguồn nhân lực kỹ thuật chất lượng cao

Khoa Điện - Điện tử (Trường Đại học Giao thông Vận tải - UTC) và Công ty Cổ phần RTC Technology Việt Nam tổ chức lễ ký kết thỏa thuận hợp tác và tài trợ thiết bị giáo dục, vào chiều 22/6. Đây là hoạt động thiết thực, mở ra cơ hội tăng cường gắn kết giữa nhà trường và doanh nghiệp trong đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao lĩnh vực Robot, Trí tuệ nhân tạo (AI) và tự động hóa.
Vì sao hệ thống làm lạnh di động đang trở thành mỏ vàng mới?

Vì sao hệ thống làm lạnh di động đang trở thành mỏ vàng mới?

Trong cuộc đua xây dựng các trung tâm dữ liệu AI quy mô hàng tỷ USD, sự chú ý thường đổ dồn vào chip AI, GPU hiệu năng cao hay nguồn điện khổng lồ. Tuy nhiên, một yếu tố tưởng chừng rất bình thường đang trở thành "điểm nghẽn chiến lược" quyết định tốc độ triển khai của các dự án này: hệ thống làm mát.
Nâng cao năng lực quản trị và kiểm soát rủi ro pháp lý: Chìa khóa giúp doanh nghiệp phát triển bền vững

Nâng cao năng lực quản trị và kiểm soát rủi ro pháp lý: Chìa khóa giúp doanh nghiệp phát triển bền vững

Trong bối cảnh môi trường kinh doanh liên tục biến động, việc nâng cao năng lực quản trị và kiểm soát rủi ro pháp lý đang trở thành yêu cầu cấp thiết đối với nhiều doanh nghiệp, đặc biệt là doanh nghiệp vừa và nhỏ. Với định hướng đào tạo thực chiến, kết hợp giữa kiến thức pháp lý, quản trị vận hành và ứng dụng công nghệ, Bizdemy hướng đến mục tiêu đồng hành cùng doanh nhân và nhà quản lý xây dựng nền tảng vận hành hiệu quả, chủ động thích ứng và phát triển bền vững.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc