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
Việt Nam ghi dấu ấn mạnh mẽ tại Giải thưởng APICTA 2025

Việt Nam ghi dấu ấn mạnh mẽ tại Giải thưởng APICTA 2025

Ngày 9/12/2025, đoàn Việt Nam đã xuất sắc ghi danh với các giải thưởng quan trọng, khẳng định năng lực công nghệ và đổi mới sáng tạo trong khu vực tại Giải thưởng Liên minh Công nghệ Thông tin và Truyền thông Châu Á - Thái Bình Dương (APICTA Awards 2025), diễn ra tại Cao Hùng, Đài Loan (Trung Quốc).
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/12/2025: Tuổi Thân điềm xui rủi, tuổi Dần kế hoạch hiệu quả

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/12/2025: Tuổi Thân điềm xui rủi, tuổi Dần kế hoạch hiệu 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 10/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 9/12: VN Index rơi gần 30 điểm rồi rút chân nhẹ

Thị trường chứng khoán ngày 9/12: VN Index rơi gần 30 điểm rồi rút chân nhẹ

Nhà đầu tư có phiên “thót tim” khi VN Index có lúc lao dốc gần 30 điểm, trước khi rút chân nhẹ nhờ lực cầu cuối giờ. Dù chỉ số chỉ còn giảm 6,57 điểm nhưng áp lực bán lan rộng cho thấy nhịp điều chỉnh nhiều khả năng vẫn chưa dừng lại.
“Kỷ nguyên công nghệ năng lượng” tại Hội nghị đổi mới Bắc Mỹ 2025

“Kỷ nguyên công nghệ năng lượng” tại Hội nghị đổi mới Bắc Mỹ 2025

Trong bài phát biểu tại Hội nghị Thượng đỉnh Đổi mới Bắc Mỹ 2025, Tổng Giám đốc Schneider Electric ông Olivier Blum nhấn mạnh sự dịch chuyển mạnh mẽ của ngành năng lượng và vai trò tiên phong của Schneider Electric trong việc xây dựng hệ sinh thái công nghệ hướng tới tính bền vững.
Viettel hoàn thành sớm mục tiêu lắp đặt 20.000 trạm 5G, hướng tới mạng lưới lớn nhất Việt Nam

Viettel hoàn thành sớm mục tiêu lắp đặt 20.000 trạm 5G, hướng tới mạng lưới lớn nhất Việt Nam

Hoàn thành sớm mục tiêu lắp đặt 20.000 trạm 5G, Viettel trở thành doanh nghiệp đầu tiên tận dụng chính sách hỗ trợ đặc biệt của Chính phủ để thúc đẩy hạ tầng số, tạo nền tảng cho chuyển đổi số quốc gia.
Gần 200 sinh viên bước vào kỳ thi Olympic Trí tuệ nhân tạo Sinh viên Việt Nam lần đầu tiên

Gần 200 sinh viên bước vào kỳ thi Olympic Trí tuệ nhân tạo Sinh viên Việt Nam lần đầu tiên

Sáng ngày 9/12, tại Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh (HUTECH) đã chính thức diễn ra Lễ khai mạc Olympic Trí tuệ nhân tạo Sinh viên Việt Nam lần thứ nhất năm 2025 (OlpAI’25).
Nhận định phiên giao dịch ngày 9/12: VN-Index nhiều khả năng sẽ rung lắc trong các phiên tới

Nhận định phiên giao dịch ngày 9/12: VN-Index nhiều khả năng sẽ rung lắc trong các phiên tới

Thị trường chứng khoán duy trì đà tăng trong phiên 8/12, song các tín hiệu kỹ thuật cho thấy VN-Index có thể đối mặt với nhịp rung lắc khi tiến gần vùng đỉnh lịch sử. Lực cung gia tăng và tâm lý thận trọng của nhà đầu tư được dự báo sẽ khiến chỉ số biến động mạnh hơn trong các phiên tới.
Kiến trúc dữ liệu trong công nghiệp: Chìa khóa kết nối tại chỗ với đám mây cho chuyển đổi số

Kiến trúc dữ liệu trong công nghiệp: Chìa khóa kết nối tại chỗ với đám mây cho chuyển đổi số

Khi ngành sản xuất bước sâu vào kỷ nguyên Công nghiệp 4.0, dữ liệu trở thành nguồn tài nguyên chiến lược quan trọng không kém nguyên liệu hay thiết bị. Tuy nhiên, phần lớn dữ liệu trong sản xuất vẫn bị “mắc kẹt” trong các hệ thống tại chỗ cũ kỹ, khiến doanh nghiệp khó tận dụng để phân tích, dự đoán và tự động hóa. Trong bối cảnh này, kiến trúc dữ liệu lai - mô hình kết hợp xử lý tại chỗ và điện toán đám mây đang nổi lên như giải pháp tối ưu để khai thông dòng dữ liệu và mở khóa giá trị của IIoT.
Khám phá mới về di sản quân sự thời Tây Sơn

Khám phá mới về di sản quân sự thời Tây Sơn

Nhiều tư liệu kỹ thuật, khảo cứu lịch sử và phân tích của giới chuyên môn cho thấy kho vũ khí của quân đội Tây Sơn dưới thời Hoàng đế Quang Trung sở hữu những yếu tố vượt trội, đặc biệt trong cách sử dụng thuốc súng đen, diêm tiêu và hỏa dược.
Sôi động chung kết Cuộc thi Sáng tạo UAV 2025 - Cup PV GAS "Vùng trời quê hương"

Sôi động chung kết Cuộc thi Sáng tạo UAV 2025 - Cup PV GAS "Vùng trời quê hương"

Sáng 7/12, sân vận động C500 (Học viện An ninh, Hà Nội) sôi nổi hơn bao giờ hết khi Lễ bế mạc và chung kết Cuộc thi Sáng tạo UAV 2025 - Cup PV GAS “Vùng trời quê hương” diễn ra, khép lại hành trình gần ba tháng tranh tài với nhiều sáng tạo, thử thách và cảm xúc.
song-gia-tri