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
Agile One: Giải pháp robot hình người cho nhà máy

Agile One: Giải pháp robot hình người cho nhà máy

Robot hình người công nghiệp Agile One do Agile Robots phát triển được thiết kế cho môi trường sản xuất, hỗ trợ thực hiện các tác vụ phức tạp, lặp lại và độ chính xác cao, đồng thời làm việc an toàn cùng con người trong nhà máy.
"Rạng rỡ Việt Nam": Khơi dậy khát vọng phát triển

"Rạng rỡ Việt Nam": Khơi dậy khát vọng phát triển

Ra đời trong bối cảnh đất nước chuẩn bị bước vào Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIV của Đảng, cuốn sách “Rạng rỡ Việt Nam - Dấu ấn thành tựu nhiệm kỳ Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIII của Đảng” tái hiện toàn cảnh một nhiệm kỳ đặc biệt: nhiều thử thách chưa từng có, nhưng cũng ghi dấu những quyết sách đúng đắn, bản lĩnh lãnh đạo và sức mạnh đại đoàn kết, đưa Việt Nam vững vàng vượt khó, nâng tầm vị thế trên trường quốc tế.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/1/2026: Tuổi Hợi khá thuận lợi, tuổi Thìn gặp biến động

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/1/2026: Tuổi Hợi khá thuận lợi, tuổi Thìn gặp biến động

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 25/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Gala Chào xuân 2026 - “Tinh hoa Thương hiệu Việt” lần thứ II: Diễn đàn kết nối tri thức và tôn vinh thương hiệu Việt

Gala Chào xuân 2026 - “Tinh hoa Thương hiệu Việt” lần thứ II: Diễn đàn kết nối tri thức và tôn vinh thương hiệu Việt

Tại Trường Đại học Nam Cần Thơ, Gala Chào xuân 2026 – “Tinh hoa Thương hiệu Việt” lần thứ II quy tụ đại diện Hội Nam Y Việt Nam, giới chuyên gia, doanh nghiệp và các đơn vị đồng hành trong không khí trang trọng, ấm áp. Chương trình không chỉ vinh danh những tập thể, cá nhân tiêu biểu mà còn mở ra diễn đàn trao đổi về gìn giữ giá trị truyền thống gắn với đổi mới, hội nhập; nhấn mạnh yêu cầu chuẩn hóa, nâng chất lượng và xây dựng thương hiệu Việt bài bản, minh bạch trong kỷ nguyên số.
Bộ GDĐT ban hành Thông tư mới quy định thẩm quyền tuyển dụng nhà giáo

Bộ GDĐT ban hành Thông tư mới quy định thẩm quyền tuyển dụng nhà giáo

Bộ GDĐT vừa ban hành Thông tư số 01/2026/TT-BGDĐT quy định thẩm quyền tuyển dụng nhà giáo (Thông tư số 01). Thông tư số 01 quy định thẩm quyền tuyển dụng nhà giáo trong cơ sở giáo dục công lập thuộc hệ thống giáo dục quốc dân; sử dụng làm căn cứ để cơ quan quản lý và cơ sở giáo dục thực hiện thẩm quyền tuyển dụng hiệu quả theo Luật Nhà giáo.
“Nhà sử học dữ liệu”: Nghề mới định hình lợi thế cạnh tranh 4.0

“Nhà sử học dữ liệu”: Nghề mới định hình lợi thế cạnh tranh 4.0

Trong các nhà máy hiện đại, dữ liệu được tạo ra liên tục với tần suất dày đặc mỗi 0,5 giây, 1 giây hoặc vài giây một lần. Theo các chuyên gia của Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế (ISA), lượng dữ liệu khổng lồ này đang biến nhiều hệ thống lưu trữ lịch sử (data historian) trở thành những “bãi rác kỹ thuật số”: giàu dữ liệu nhưng nghèo thông tin. Vấn đề không nằm ở việc thiếu dữ liệu, mà ở cách khai thác và biến dữ liệu thành giá trị thực sự cho sản xuất.
Đến năm 2027, triển khai Tòa án điện tử trong toàn hệ thống

Đến năm 2027, triển khai Tòa án điện tử trong toàn hệ thống

Kế hoạch triển khai thực hiện chuyển đổi số trong ngành Tòa án nhân dân (TAND) xác định mục tiêu xuyên suốt, đến năm 2027 triển khai Tòa án điện tử trong toàn hệ thống.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/1/2026: Tuổi Tý tình cảm thiếu hài hòa, tuổi Mùi hôm nay thuận lợi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/1/2026: Tuổi Tý tình cảm thiếu hài hòa, tuổi Mùi hôm nay thuận lợi

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 26/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
“Võ Văn Kiệt - Trí tuệ và sáng tạo”: Chân dung nhà lãnh đạo dám nghĩ, dám làm từ thực tiễn đất nước

“Võ Văn Kiệt - Trí tuệ và sáng tạo”: Chân dung nhà lãnh đạo dám nghĩ, dám làm từ thực tiễn đất nước

Vừa được Nhà Xuất bản Chính trị quốc gia Sự thật tái bản năm 2026, cuốn sách “Võ Văn Kiệt - Trí tuệ và sáng tạo” của nhà văn Hoàng Lại Giang là một công trình đặc biệt, khắc họa sinh động cuộc đời, sự nghiệp và tư tưởng của Thủ tướng Võ Văn Kiệt - một trong những nhà lãnh đạo tiêu biểu của Đảng và Nhà nước ta trong thời kỳ đổi mới.
Hàng nghìn thí sinh tham gia Kỳ thi đánh giá tư duy “tranh suất” vào các trường uy tín

Hàng nghìn thí sinh tham gia Kỳ thi đánh giá tư duy “tranh suất” vào các trường uy tín

Tại 28 điểm thi khu vực Hà Nội và 10 tỉnh, thành phố, trong sáng 24/1, có gần 17.000 thí sinh tham gia Kỳ thi Đánh giá tư duy (TSA) đầu tiên của Đại học Bách khoa Hà Nội trong mùa tuyển sinh 2026.
song-gia-tri