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
BIDV đề xuất giải pháp thúc đẩy tăng trưởng vùng Đông Nam Bộ

BIDV đề xuất giải pháp thúc đẩy tăng trưởng vùng Đông Nam Bộ

Phát huy vai trò của một ngân hàng thương mại hàng đầu đất nước, tại Hội nghị “Ngành Ngân hàng đồng hành khơi thông nguồn lực tài chính - ngân hàng phục vụ tăng trưởng vùng Đông Nam Bộ giai đoạn 2026 - 2030”, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) đã mang đến những giải pháp có tính khả thi cao.
Thị trường chứng khoán ngày 26/10: Thị trường đảo chiều, VN Index mất 10 điểm sau 4 phiên tăng

Thị trường chứng khoán ngày 26/10: Thị trường đảo chiều, VN Index mất 10 điểm sau 4 phiên tăng

Chuỗi 4 phiên tăng liên tiếp của VN Index bị chặn đứng khi áp lực chốt lời gia tăng trong phiên 26/10. Hơn 200 cổ phiếu giảm giá, thanh khoản suy yếu và khối ngoại bán ròng gần 900 tỷ đồng khiến thị trường phát đi tín hiệu thận trọng sau nhịp hồi phục cuối tuần trước.
Techcombank lập kỷ lục lợi nhuận quý III, đạt 28.900 tỷ đồng sau 9 tháng

Techcombank lập kỷ lục lợi nhuận quý III, đạt 28.900 tỷ đồng sau 9 tháng

Ngân hàng TMCP Kỹ thương Việt Nam (Techcombank) ghi nhận lợi nhuận trước thuế quý III/2026 đạt 10.400 tỷ đồng, mức cao nhất theo quý từ trước đến nay. Lũy kế 9 tháng, lợi nhuận đạt 28.900 tỷ đồng, tăng 23,7% so với cùng kỳ, nhờ tăng trưởng thu nhập lãi và dịch vụ.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/10/2026: Tuổi Dần vận trình khởi sắc, tuổi Thìn cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/10/2026: Tuổi Dần vận trình khởi sắc, tuổi Thìn cần thận trọng

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 27/10/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe. Theo quan niệm dân gian, ngày Giáp Tuất có sự tương hợp với tuổi Dần, Ngọ, Mão, trong khi tuổi Thìn cần chú ý hơn trong công việc và các mối quan hệ.
[E-Magazine] Từ chiếc công tơ sau cánh cổng đến hệ thần kinh của lưới điện quốc gia

[E-Magazine] Từ chiếc công tơ sau cánh cổng đến hệ thần kinh của lưới điện quốc gia

Một buổi tối mùa hè, người mẹ mở ứng dụng điện lực và thấy lượng điện hôm qua tăng vọt. Người cha nhìn hóa đơn, vẫn hỏi: “Sao tháng này cao thế?”. Nhưng câu trả lời không còn nằm trong trí nhớ lờ mờ của cả nhà. Sau chiếc công tơ nhỏ trước cổng, dòng dữ liệu âm thầm ghi lại nhịp tiêu thụ từng ngày. Từ thiết bị tưởng chỉ để tính tiền điện, nó đang thành điểm chạm giữa mỗi gia đình với lưới điện thông minh.
Nhận định phiên giao dịch ngày 26/10: Duy trì tỷ trọng trung bình, tránh mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 26/10: Duy trì tỷ trọng trung bình, tránh mua đuổi

Thị trường chứng khoán được dự báo tiếp tục giằng co trong ngắn hạn khi VN-Index duy trì trên các đường trung bình động MA10 và MA20, nhưng các chỉ báo động lượng chưa cho thấy sự đồng thuận rõ ràng. Nhà đầu tư được khuyến nghị duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức trung bình, tránh mua đuổi và ưu tiên các nhóm cổ phiếu có câu chuyện riêng.
Đột phá công nghệ NEV: Mô tô điện Chery tích hợp sạc ô tô và tính năng V2L

Đột phá công nghệ NEV: Mô tô điện Chery tích hợp sạc ô tô và tính năng V2L

Ngành công nghiệp phương tiện không phát thải vừa ghi nhận bước chuyển mình chiến lược từ hãng ô tô Trung Quốc Chery khi chính thức hé lộ lộ trình tiến vào phân khúc xe hai bánh.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/10/2026: Tuổi Thìn đón vận may công việc, tuổi Tý cần thận trọng trong tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/10/2026: Tuổi Thìn đón vận may công việc, tuổi Tý cần thận trọng trong tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/10/2026 mang đến những dự báo đáng chú ý về công việc, tài chính, tình duyên và sức khỏe của 12 con giáp. Một số tuổi có cơ hội khẳng định năng lực, mở rộng hướng phát triển và cải thiện các mối quan hệ. Trong khi đó, những tuổi khác nên chú ý quản lý chi tiêu, giữ bình tĩnh khi xử lý vấn đề và tránh đưa ra quyết định vội vàng. Chủ động trong công việc, linh hoạt trước thay đổi và duy trì tinh thần tích cực sẽ giúp mỗi con giáp có thêm động lực trong ngày mới.
Đào tạo sát thực tế để đáp ứng nhu cầu nhân lực bán dẫn

Đào tạo sát thực tế để đáp ứng nhu cầu nhân lực bán dẫn

Mục tiêu đào tạo 50.000 nhân lực trình độ đại học trở lên phục vụ ngành bán dẫn đến năm 2030 đặt ra yêu cầu cấp thiết về chất lượng và cơ cấu chuyên môn. Tại Ngày hội giao lưu Doanh nghiệp và Sinh viên lần thứ XV - năm 2026, câu chuyện đào tạo được đặt trong mối liên hệ với nhu cầu tuyển dụng, điều kiện thực hành và khả năng kết nối giữa nhà trường với doanh nghiệp.
Mở rộng thị trường xuất khẩu cho doanh nghiệp Việt tại Trung Đông và châu Phi

Mở rộng thị trường xuất khẩu cho doanh nghiệp Việt tại Trung Đông và châu Phi

Từ ngày 3/2/2026, Hiệp định Đối tác kinh tế toàn diện Việt Nam - UAE (CEPA) chính thức có hiệu lực với cam kết UAE xóa bỏ ngay 74,2% số dòng thuế và nâng lên mức 89,2% sau 5 năm thực thi. Là Hiệp định Thương mại Tự do (FTA) đầu tiên giữa Việt Nam với một nước ở Trung Đông, CEPA đã mang lại lợi thế cạnh tranh đáng kể nhưng cũng đặt ra yêu cầu cấp bách trong việc bảo đảm và phát triển thị phần xuất khẩu đối với doanh nghiệp Việt Nam.
master