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
Tích hợp robot giúp doanh nghiệp sản xuất quy mô vừa nâng cao độ chính xác

Tích hợp robot giúp doanh nghiệp sản xuất quy mô vừa nâng cao độ chính xác

Những tiến bộ trong tích hợp robot và sản xuất tự động đang giúp các doanh nghiệp quy mô vừa và nhỏ tiếp cận công nghệ tiên tiến, nâng cao hiệu quả vận hành và tăng khả năng cạnh tranh.
Tối ưu hóa quỹ đạo bay của UAV dạng quadcopter sử dụng thuật toán A cải tiến với chiến lược heuristic thích ứng

Tối ưu hóa quỹ đạo bay của UAV dạng quadcopter sử dụng thuật toán A cải tiến với chiến lược heuristic thích ứng

Nghiên cứu này đề xuất giải pháp lập kế hoạch quỹ đạo toàn cục cho UAV bốn cánh quạt (Quadcopter), nhằm tối ưu hóa thời gian thực hiện, giảm số lượng nút cần mở rộng, đồng thời bảo đảm tính khả thi và an toàn của nhiệm vụ bay.
Nhận định phiên giao dịch ngày 11/11: Chưa nên sử dụng đòn bẩy cao

Nhận định phiên giao dịch ngày 11/11: Chưa nên sử dụng đòn bẩy cao

VN-Index phục hồi mạnh trong phiên 10/11, tăng gần 29 điểm và tiến sát vùng kháng cự 1.750-1.760 điểm. Tuy nhiên, áp lực chốt lời ngắn hạn có thể gia tăng sau nhịp tăng mạnh, khiến thị trường xuất hiện những đợt rung lắc. Nhà đầu tư được khuyến nghị duy trì tỷ trọng cổ phiếu hợp lý, tận dụng các nhịp điều chỉnh để giải ngân từng phần và chưa nên sử dụng đòn bẩy cao.
Gỡ điểm nghẽn năng lượng, tạo động lực tăng trưởng hai con số

Gỡ điểm nghẽn năng lượng, tạo động lực tăng trưởng hai con số

Mục tiêu tăng trưởng GDP từ 10%/năm trở lên đặt ra yêu cầu cấp thiết về bảo đảm nguồn cung năng lượng ổn định, an toàn và bền vững. Dù vượt qua nhiều cú sốc trong năm 2026, Việt Nam vẫn cần tháo gỡ những điểm nghẽn về nguồn cung, dự trữ, hạ tầng và đầu tư để đáp ứng nhu cầu phát triển trong giai đoạn tới.
Thị trường chứng khoán ngày 10/11: VN Index tăng gần 29 điểm, bất động sản và ngân hàng hút dòng tiền

Thị trường chứng khoán ngày 10/11: VN Index tăng gần 29 điểm, bất động sản và ngân hàng hút dòng tiền

VN Index có phiên tăng mạnh tới gần 29 điểm nhờ lực cầu cải thiện trên diện rộng. Nhóm bất động sản dẫn đầu với mức tăng 2,79%, trong khi ngân hàng và chứng khoán cũng đồng loạt khởi sắc. Thanh khoản vượt bình quân 20 phiên, còn khối ngoại đảo chiều mua ròng gần 475 tỷ đồng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/11/2026: Tuổi Tỵ vận trình khởi sắc, tuổi Mùi cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/11/2026: Tuổi Tỵ vận trình khởi sắc, tuổi Mùi 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 11/11/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Gần 500 tỉ đồng tài trợ cho 11 dự án nghiên cứu hợp tác Việt Nam - Nhật Bản

Gần 500 tỉ đồng tài trợ cho 11 dự án nghiên cứu hợp tác Việt Nam - Nhật Bản

Ngày 09/11/2026, tại Tokyo, trong khuôn khổ Diễn đàn công tư về hợp tác kinh tế, khoa học và công nghệ Việt Nam - Nhật Bản, Bộ KH&CN Việt Nam và Bộ Giáo dục, Văn hóa, Thể thao, Khoa học và Công nghệ Nhật Bản (MEXT) đã trao văn kiện tài trợ 11 dự án hợp tác nghiên cứu thuộc Chương trình NEXUS.
AI và Project Glasswing: Thách thức an ninh mạng mới đối với hệ thống điều khiển công nghiệp

AI và Project Glasswing: Thách thức an ninh mạng mới đối với hệ thống điều khiển công nghiệp

Trong các đợt dừng hoạt động để bảo dưỡng, nhà máy thường có nhiều thay đổi về nhân sự, thiết bị, hệ thống cảnh báo và tuyến đường di chuyển. Sự tham gia đồng thời của chủ đầu tư, nhiều nhà thầu và lực lượng ứng phó bên ngoài khiến công tác xử lý tình huống khẩn cấp trở nên phức tạp hơn. Vì vậy, kế hoạch ứng phó không thể chỉ dựa trên quy trình vận hành thông thường mà cần được điều chỉnh theo đúng trạng thái thực tế của nhà máy.
BIDV: cầu nối tài chính góp phần thúc đẩy hợp tác chiến lược Việt Nam - Nhật Bản

BIDV: cầu nối tài chính góp phần thúc đẩy hợp tác chiến lược Việt Nam - Nhật Bản

Ngày 09/11, tại Tokyo (Nhật Bản), trong khuôn khổ hoạt động của Đoàn doanh nghiệp đi cùng Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm đến thăm chính thức Nhật Bản, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) đã tham gia nhiều chương trình ý nghĩa để góp phần thúc đẩy hợp tác kinh tế và đối tác chiến lược Việt Nam - Nhật Bản.
Nghị quyết 57 tạo chuyển biến mạnh về khoa học, công nghệ và chuyển đổi số

Nghị quyết 57 tạo chuyển biến mạnh về khoa học, công nghệ và chuyển đổi số

Sau gần hai năm triển khai Nghị quyết 57-NQ/TW, Việt Nam đạt nhiều kết quả nổi bật trong hoàn thiện thể chế, tăng cường nguồn lực, phát triển hạ tầng số, nâng cao năng lực nghiên cứu và thúc đẩy thương mại hóa sản phẩm công nghệ.
master