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
dai-hoi-dang
Tin bài khác
AMBA mùa 2 kiến tạo giá trị nhân lực chất lượng cao lĩnh vực tự động hóa và sản xuất công nghiệp

AMBA mùa 2 kiến tạo giá trị nhân lực chất lượng cao lĩnh vực tự động hóa và sản xuất công nghiệp

Chiều 6/2, cuộc thi Chung kết Automation Machine Builder Award mùa 2 (AMBA 2026) diễn ra tại Hà Nội, khép lại hành trình hơn ba tháng học tập, đào tạo và trải nghiệm thực tế của sinh viên kỹ thuật lĩnh vực tự động hóa và sản xuất công nghiệp trên toàn quốc.
Thị trường chứng khoán ngày 6/2: VN Index “mất sâu” đường MA50, dòng tiền tháo chạy khỏi thị trường

Thị trường chứng khoán ngày 6/2: VN Index “mất sâu” đường MA50, dòng tiền tháo chạy khỏi thị trường

Áp lực bán gia tăng mạnh trong suốt phiên đã kéo VN Index giảm hơn 27 điểm, đánh mất mốc hỗ trợ quan trọng và xuyên thủng đường MA50. Sắc đỏ bao trùm toàn thị trường, trong khi tâm lý thận trọng tiếp tục chi phối dòng tiền.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/2/2026: Tuổi Tuất dễ vướng thị phi, tuổi Dần dấu hiệu tích cực

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/2/2026: Tuổi Tuất dễ vướng thị phi, tuổi Dần dấu hiệu tích cực

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 7/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Intel ra mắt Xeon 600 series cho máy trạm: Tối đa 86 lõi, hiệu năng AI tăng mạnh

Intel ra mắt Xeon 600 series cho máy trạm: Tối đa 86 lõi, hiệu năng AI tăng mạnh

Intel vừa chính thức giới thiệu dòng vi xử lý máy trạm Xeon 600 series, tên mã Granite Rapids Workstation, hướng tới nền tảng workstation thế hệ mới với số lõi kỷ lục, khả năng mở rộng mạnh mẽ và cải thiện đáng kể hiệu năng đa luồng lẫn AI/ML so với thế hệ tiền nhiệm.
Báo chí lan tỏa động lực khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số

Báo chí lan tỏa động lực khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số

Ngày 06/02/2026, tại Hà Nội, Bộ Khoa học và Công nghệ (KH&CN) đã tổ chức Lễ trao Giải thưởng báo chí về khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số (KHCN, ĐMST&CĐS) năm 2025.
Nhận định phiên giao dịch ngày 6/2: VN-Index có thể kiểm định lại vùng hỗ trợ 1.690 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 6/2: VN-Index có thể kiểm định lại vùng hỗ trợ 1.690 điểm

Phiên giao dịch ngày 5/2 khép lại trong sắc đỏ với thanh khoản suy giảm mạnh, cho thấy tâm lý thận trọng tiếp tục chi phối thị trường. Khi VN-Index đang dao động sát vùng hỗ trợ quan trọng 1.780 điểm, rủi ro điều chỉnh ngắn hạn gia tăng, buộc nhà đầu tư cần đặc biệt lưu ý vùng hỗ trợ kế tiếp quanh mốc 1.690 điểm trong các phiên tới.
Hà Nội xếp thứ hai châu Á trong bảng xếp hạng điểm đến được yêu thích nhất năm 2026

Hà Nội xếp thứ hai châu Á trong bảng xếp hạng điểm đến được yêu thích nhất năm 2026

Tripadvisor công bố Hà Nội đứng thứ hai châu Á trong danh sách Travelers’ Choice Best of the Best Destinations 2026, chỉ sau Bali (Indonesia). Thứ hạng này phản ánh sức hút ngày càng rõ nét của Thủ đô trên bản đồ du lịch quốc tế, trong bối cảnh du lịch Hà Nội tiếp tục ghi nhận mức tăng trưởng ấn tượng cả về lượng khách lẫn doanh thu.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/2/2026: Tuổi Sửu khá dư dả, tuổi Thân suy nghĩ tiêu cực

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/2/2026: Tuổi Sửu khá dư dả, tuổi Thân suy nghĩ tiêu cực

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 6/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 5/2: VN Index tiếp tục giảm điểm, thị trường thiếu lực đỡ ngoài nhóm Vin

Thị trường chứng khoán ngày 5/2: VN Index tiếp tục giảm điểm, thị trường thiếu lực đỡ ngoài nhóm Vin

Phiên giao dịch diễn ra trong trạng thái giằng co với biên độ hẹp, song áp lực bán vẫn chiếm ưu thế khiến VN Index tiếp tục giảm điểm và đóng cửa tại vùng thấp nhất phiên. Dù nhóm cổ phiếu họ Vin hồi phục mạnh, sắc đỏ vẫn bao trùm phần lớn thị trường trong bối cảnh thanh khoản suy giảm rõ rệt.
Nhận định phiên giao dịch ngày 5/2: Hạn chế việc mua thêm

Nhận định phiên giao dịch ngày 5/2: Hạn chế việc mua thêm

Sau phiên giảm mạnh ngày 4/2 khiến VN-Index đánh mất mốc tâm lý 1.800 điểm, xu hướng ngắn hạn của thị trường được đánh giá kém tích cực hơn. Trong bối cảnh rủi ro điều chỉnh vẫn hiện hữu, nhà đầu tư được khuyến nghị hạn chế việc mua thêm và ưu tiên quản trị danh mục.
song-gia-tri