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
Loạt doanh nghiệp bất động sản nhà ở đạt lợi nhuận "khủng" nhờ hoạt động tài chính

Loạt doanh nghiệp bất động sản nhà ở đạt lợi nhuận "khủng" nhờ hoạt động tài chính

Bức tranh kinh doanh nửa đầu năm 2026 của nhóm doanh nghiệp bất động sản nhà ở ngày càng phân hóa rõ nét, khi nguồn thu lợi nhuận phần lớn không đến từ hoạt động kinh doanh cốt lõi, chủ yếu nhờ hoạt động tài chính.
Thị trường chứng khoán ngày 14/8: VN-Index lao dốc gần 37 điểm, cổ phiếu VIC giảm mạnh

Thị trường chứng khoán ngày 14/8: VN-Index lao dốc gần 37 điểm, cổ phiếu VIC giảm mạnh

Áp lực bán gia tăng trên diện rộng trong phiên 14/8 khiến VN-Index giảm gần 37 điểm, tương đương hơn 2%, trong khi cổ phiếu VIC giảm 3,6%, góp phần kéo chỉ số đi xuống. Đây là phiên thứ hai liên tiếp thị trường điều chỉnh mạnh.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/8/2026: Tuổi Thìn đón cơ hội mới, tuổi Dậu cần thận trọng tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/8/2026: Tuổi Thìn đón cơ hội mới, tuổi Dậu cần thận trọng tiền bạc

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 15/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
TP.Hồ Chí Minh: Từ những hệ thống số riêng lẻ đến hệ sinh thái quản trị đô thị thông minh

TP.Hồ Chí Minh: Từ những hệ thống số riêng lẻ đến hệ sinh thái quản trị đô thị thông minh

Tại buổi họp báo kinh tế - xã hội TP. Hồ Chí Minh chiều 13/8/2026, nhiều nội dung liên quan đến giao thông, môi trường, logistics và triển khai Luật Phát triển đô thị được thông tin, cho thấy một bức tranh đáng chú ý về quá trình Thành phố tổ chức lại phương thức quản trị trong giai đoạn phát triển mới.
Tech Circle số 1: hiểu thấu đáo về AI mang lại cơ hội tăng trưởng cho doanh nghiệp miền Trung

Tech Circle số 1: hiểu thấu đáo về AI mang lại cơ hội tăng trưởng cho doanh nghiệp miền Trung

Tech Circle #01 với chủ đề “AI đi vào vận hành: Cơ hội tăng trưởng mới cho doanh nghiệp miền Trung” đã giúp Ban tổ chức và doanh nghiệp tìm được "điểm chạm", giúp doanh nghiệp có góc nhìn thấu đáo về việc áp dụng AI vào thực tiễn.
Cơ chế tài chính mới tạo đột phá cho công nghệ chiến lược

Cơ chế tài chính mới tạo đột phá cho công nghệ chiến lược

Cơ chế tài chính mới dành cho nhiệm vụ nghiên cứu, phát triển công nghệ chiến lược cho phép thù lao Tổng công trình sư tối đa 300 triệu đồng/tháng, đồng thời quản lý kinh phí theo gói công việc, mốc đánh giá và trao quyền tự chủ cao hơn cho tổ chức thực hiện.
Bán tải VinFast VF Wild lộ bản chạy thử: Tối ưu linh kiện cơ điện tử, chờ đợi đột phá từ công nghệ EREV

Bán tải VinFast VF Wild lộ bản chạy thử: Tối ưu linh kiện cơ điện tử, chờ đợi đột phá từ công nghệ EREV

Ngày 6/8, những hình ảnh rò rỉ đầu tiên về nguyên mẫu tiền thương mại của mẫu bán tải điện VinFast VF Wild đã thu hút sự chú ý lớn từ giới chuyên môn khi xuất hiện tại một sự kiện nội bộ.
Ra mắt máy quét sóng milimet giúp kiểm tra hàng hóa không cần tia X

Ra mắt máy quét sóng milimet giúp kiểm tra hàng hóa không cần tia X

Rohde & Schwarz vừa giới thiệu R&S Imager - hệ thống kiểm tra sử dụng sóng milimet (millimeter-wave) có khả năng "nhìn xuyên" qua các loại bao bì thông thường như nhựa, bìa carton và vật liệu composite mà không cần sử dụng tia X. Theo hãng, công nghệ mới mở ra bước tiến quan trọng trong kiểm tra chất lượng, cho phép quan sát cấu trúc bên trong sản phẩm ngay trên dây chuyền sản xuất với tốc độ cao, đồng thời đảm bảo an toàn cho cả sản phẩm và người vận hành.
Phát triển nhân lực trí tuệ nhân tạo đáp ứng các ngành công nghệ chiến lược

Phát triển nhân lực trí tuệ nhân tạo đáp ứng các ngành công nghệ chiến lược

Phó Thủ tướng Chính phủ Lê Tiến Châu vừa ký Quyết định số 1528/QĐ-TTg ngày 11/8/2026 phê duyệt Chương trình quốc gia phát triển nhân lực trí tuệ nhân tạo đến năm 2030, định hướng đến năm 2035 (Chương trình).
Nhận định phiên giao dịch ngày 14/8: Chờ VN-Index test lại ngưỡng hỗ trợ quanh mốc 1.720 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 14/8: Chờ VN-Index test lại ngưỡng hỗ trợ quanh mốc 1.720 điểm

VN-Index có thể tiếp tục chịu áp lực điều chỉnh trong phiên 14/8 sau khi giảm mạnh 27,55 điểm trong phiên trước. Giới phân tích cho rằng nhà đầu tư nên thận trọng, chờ chỉ số kiểm định vùng hỗ trợ 1.710-1.720 điểm trước khi cân nhắc mở lại vị thế mua.