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
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/4/2026: Tuổi Tý tài lộc rủng rỉnh, tuổi Thân thiếu ổn định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/4/2026: Tuổi Tý tài lộc rủng rỉnh, tuổi Thân thiếu ổn định

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 17/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 16/04: Tiếp tục “xanh vỏ đỏ lòng” trong phiên đáo hạn phái sinh

Thị trường chứng khoán ngày 16/04: Tiếp tục “xanh vỏ đỏ lòng” trong phiên đáo hạn phái sinh

Phiên giao dịch khép lại với mức tăng hơn 19 điểm của VN Index, qua đó đưa chỉ số tiến sát vùng 1.820 điểm. Tuy nhiên, đằng sau sắc xanh của chỉ số là một bức tranh kém đồng thuận khi số mã giảm áp đảo, dòng tiền tiếp tục tập trung vào nhóm trụ, đặc biệt là họ Vingroup, còn phần lớn cổ phiếu midcap và nhiều nhóm ngành khác vẫn giao dịch khá ì ạch.
VAA và ETEK hợp tác đổi mới sáng tạo, thúc đẩy đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao

VAA và ETEK hợp tác đổi mới sáng tạo, thúc đẩy đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao

Chiều 15/4, trong khuôn khổ phát triển Hệ sinh thái doanh nghiệp VAA, lãnh đạo Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) đã có buổi thăm và làm việc với Công ty Cổ phần Giải pháp Tự động hóa ETEK (ETEK), nhằm thống nhất các chiến lược hợp tác đổi mới sáng tạo, kết nối doanh nghiệp trong lĩnh vực khoa học công nghệ, thúc đẩy đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao lĩnh vực tự động hóa.
Sử dụng VNeID để kiểm tra, xác nhận SIM chính chủ từ 15/4

Sử dụng VNeID để kiểm tra, xác nhận SIM chính chủ từ 15/4

Thông tư số 08/2026/TT-BKHCN của Bộ Khoa học và Công nghệ (Bộ KH&CN) về hướng dẫn việc xác thực thông tin thuê bao di động mặt đất, có hiệu lực từ ngày 15/4/2026. Việc xác thực thông tin thuê bao được triển khai nhằm siết chặt quản lý SIM không chính chủ - một trong những nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng tin nhắn rác, cuộc gọi rác và các hành vi lừa đảo trong thời gian qua.
“Chạm nghề phố cổ”: Đánh thức di sản thủ công trong không gian văn hóa Hà Nội

“Chạm nghề phố cổ”: Đánh thức di sản thủ công trong không gian văn hóa Hà Nội

Nhân dịp kỷ niệm 51 năm Ngày Giải phóng miền Nam, thống nhất đất nước, chiều 15/4, tại Trung tâm Giao lưu Văn hóa Phố cổ Hà Nội, chuỗi hoạt động văn hóa - nghệ thuật với chủ đề “Chạm nghề phố cổ” chính thức khai mạc, mở ra không gian trải nghiệm sinh động về các nghề thủ công truyền thống giữa lòng Thủ đô.
Dấu ấn khoa học - công nghệ trong hành trình

Dấu ấn khoa học - công nghệ trong hành trình 'hồi sinh' mỏ Đại Hùng

Trong bối cảnh ngành dầu khí toàn cầu đối mặt với nhiều thách thức về suy giảm trữ lượng và yêu cầu ngày càng cao về hiệu quả khai thác, công trình "Nghiên cứu ứng dụng khoa học công nghệ có tính sáng tạo đột phá để khôi phục, mở rộng và nâng cao hiệu quả thăm dò khai thác mỏ Đại Hùng" đã nổi lên như một điển hình tiêu biểu của Việt Nam.
Nhận định phiên giao dịch ngày 16/4: Ưu tiên nắm giữ cổ phiếu có nền tảng cơ bản tốt

Nhận định phiên giao dịch ngày 16/4: Ưu tiên nắm giữ cổ phiếu có nền tảng cơ bản tốt

VN-Index vượt mốc 1.800 điểm trong phiên 15/4 nhưng diễn biến thị trường vẫn phân hóa, dòng tiền chủ yếu tập trung ở nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn trong khi áp lực chốt lời gia tăng ở nhiều ngành. Trong bối cảnh đó, nhà đầu tư được khuyến nghị ưu tiên nắm giữ các cổ phiếu có nền tảng cơ bản tốt và triển vọng tăng trưởng rõ ràng.
Đột phá bộ điều khiển động cơ không cần bộ lọc ngoài

Đột phá bộ điều khiển động cơ không cần bộ lọc ngoài

Công ty công nghệ SmartD Technologies có trụ sở tại Montreal vừa công bố huy động thành công 15 triệu đô la Canada trong vòng gọi vốn mới, đánh dấu bước tiến quan trọng trong việc thương mại hóa công nghệ điều khiển động cơ thế hệ tiếp theo. Điểm nổi bật nằm ở việc doanh nghiệp này phát triển bộ điều khiển tốc độ biến đổi (VSD) dựa trên silicon carbide (SiC) đầu tiên có khả năng tạo ra tín hiệu sóng sin thực cho động cơ mà không cần đến các bộ lọc bên ngoài.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/4/2026: Tuổi Hợi công việc suôn sẻ, tuổi Ngọ vướng rắc rối

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/4/2026: Tuổi Hợi công việc suôn sẻ, tuổi Ngọ vướng rắc rối

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 16/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 15/04: Thị trường “xanh vỏ đỏ lòng”, VN Index chạm mốc 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 15/04: Thị trường “xanh vỏ đỏ lòng”, VN Index chạm mốc 1.800 điểm

Thị trường tiếp tục ghi nhận đà tăng khi VN Index đóng cửa trên mốc 1.800 điểm. Tuy nhiên, diễn biến bên trong không thực sự tích cực như điểm số thể hiện, khi phần lớn cổ phiếu trên sàn HoSE đóng cửa trong sắc đỏ và đà tăng chủ yếu đến từ nhóm vốn hóa lớn, đặc biệt là họ Vin.
song-gia-tri