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
vcca2026
Tin bài khác
Việt Nam và Argentina hợp tác thúc đầy công nghệ nông nghiệp trong kỷ nguyên đổi mới sáng tạo

Việt Nam và Argentina hợp tác thúc đầy công nghệ nông nghiệp trong kỷ nguyên đổi mới sáng tạo

Mới đây, Trường Đại học Hóa và Khoa học Sự sống, Đại học Bách khoa Hà Nội (HUST) và Đại sứ quán Argentina tại Việt Nam đã tổ chức thành công triển lãm ảnh với chủ đề “Công nghệ nông nghiệp Argentina vươn ra thế giới”.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/4/2026: Tuổi Ngọ vô cùng bất ổn, tuổi Thân công việc trôi chảy

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/4/2026: Tuổi Ngọ vô cùng bất ổn, tuổi Thân công việc trôi chảy

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 29/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thu ngoài lãi bứt phá, ACB củng cố nền tảng chất lượng tín dụng

Thu ngoài lãi bứt phá, ACB củng cố nền tảng chất lượng tín dụng

Khép lại quý I/2026, lợi nhuận sau thuế tại ngân hàng ACB tăng 17% so với cùng kỳ, đạt hơn 4.320 tỷ đồng. Quy mô tổng tài sản vượt 1 triệu tỷ đồng, nợ xấu ngân hàng duy trì dưới 1%.
Petrovietnam - Lá chắn năng lượng đa tầng

Petrovietnam - Lá chắn năng lượng đa tầng

Khi những tuyến hàng hải chiến lược như Hormuz liên tục bị phủ bóng bất định, năng lượng không còn là câu chuyện của thị trường, mà trở thành phép thử năng lực tự chủ của mỗi quốc gia. Trong bối cảnh ấy, Petrovietnam đang dần chuyển vai, từ một doanh nghiệp khai thác tài nguyên thành một thiết chế giữ nhịp ổn định cho nền kinh tế.
Thị trường chứng khoán ngày 28/04: Họ Vin tiếp tục kéo chỉ số trong thế “xanh vỏ đỏ lòng”

Thị trường chứng khoán ngày 28/04: Họ Vin tiếp tục kéo chỉ số trong thế “xanh vỏ đỏ lòng”

Thị trường tiếp tục chứng kiến một phiên tăng mạnh của VN Index, nhưng bức tranh nội tại thị trường vẫn cho thấy trạng thái phân hóa rõ rệt. Trong khi phần lớn cổ phiếu chìm trong sắc đỏ, nhóm Vin đồng loạt bứt phá đã trở thành động lực chính giúp chỉ số đứng vững và bật tăng mạnh.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/4/2026: Tuổi Dậu tiến triển tốt đẹp, tuổi Sửu kẻ tiểu nhân xuất hiện

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/4/2026: Tuổi Dậu tiến triển tốt đẹp, tuổi Sửu kẻ tiểu nhân xuất hiện

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 28/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Nhận định phiên giao dịch ngày 28/4: Bán các mã suy yếu, ưu tiên cổ phiếu cơ bản

Nhận định phiên giao dịch ngày 28/4: Bán các mã suy yếu, ưu tiên cổ phiếu cơ bản

Thị trường chứng khoán tiếp tục đối mặt áp lực rung lắc và phân hóa khi dòng tiền chưa lan tỏa rộng. Trong bối cảnh đó, nhà đầu tư được khuyến nghị cơ cấu danh mục theo hướng bán các cổ phiếu suy yếu, đồng thời ưu tiên nắm giữ những doanh nghiệp có nền tảng cơ bản tốt và triển vọng tăng trưởng rõ ràng.
Kỳ 2: Trí tuệ nhân tạo và vận mệnh nhân loại

Kỳ 2: Trí tuệ nhân tạo và vận mệnh nhân loại

Có những bước ngoặt khiến lịch sử không còn là dòng chảy liên tục, mà trở thành những “cú bẻ hướng” định đoạt vận mệnh văn minh. Trí tuệ nhân tạo chính là một bước ngoặt như thế. Khi máy móc không chỉ tính toán mà bắt đầu học hỏi, suy luận và sáng tạo, con người đứng trước một nghịch lý, càng tạo ra trí tuệ, càng buộc phải tự vấn về chính trí tuệ của mình. Và trong cơn chuyển động ấy, những phát ngôn của các bộ óc hàng đầu không chỉ là nhận định công nghệ, mà là những minh triết soi chiếu tương lai nhân loại.
Điều khiển trượt tích phân cho hệ thống phi tuyến với thời gian ổn định được xác định trước

Điều khiển trượt tích phân cho hệ thống phi tuyến với thời gian ổn định được xác định trước

Bài báo này đề xuất một phương pháp thiết kế bộ điều khiển chế độ trượt sử dụng mặt trượt tích phân cho một lớp hệ thống phi tuyến.
Tạp chí Việt Nam hương sắc ra mắt Văn phòng đại diện Đông Nam Bộ

Tạp chí Việt Nam hương sắc ra mắt Văn phòng đại diện Đông Nam Bộ

Ngày 26/4/2026, tại TP. Hồ Chí Minh, Tạp chí Việt Nam hương sắc (cơ quan ngôn luận của Hội Sinh vật cảnh Việt Nam) đã tổ chức lễ ra mắt Văn phòng đại diện Đông Nam Bộ. Tham dự buổi lễ có lãnh đạo Hội Sinh vật cảnh Việt Nam, Hội Sinh vật cảnh TP. Hồ Chí Minh, Ban biên tập tạp chí cùng đông đảo khách mời.
vn-web
song-gia-tri