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
mca
Tin bài khác
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/12/2025: Tuổi Dậu tình cảm rắc rối, tuổi Tuất bớt áp lực

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/12/2025: Tuổi Dậu tình cảm rắc rối, tuổi Tuất bớt áp lực

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 7/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Herbalife Việt Nam được  vinh danh Top 100 Doanh Nghiệp Bền Vững Việt Nam 2025

Herbalife Việt Nam được vinh danh Top 100 Doanh Nghiệp Bền Vững Việt Nam 2025

Herbalife Việt Nam, một trong những công ty, cộng đồng, và nền tảng hàng đầu về sức khỏe và thể chất, đã được xếp hạng trong danh sách “Top 100 Doanh Nghiệp Bền Vững Việt Nam 2025” theo đánh giá của Liên đoàn Thương mại và Công nghiệp Việt Nam (VCCI).
Doanh nghiệp tìm lời giải cho Nhà máy Thông minh tại Cafe Tự động hóa kỳ 6

Doanh nghiệp tìm lời giải cho Nhà máy Thông minh tại Cafe Tự động hóa kỳ 6

Cafe Tự động hóa kỳ 6 do Hội Tự động hóa TP.HCM (HAuA) tổ chức sáng 6/12 đã mang đến bức tranh toàn diện về các giải pháp Công nghiệp 4.0 cho nhà máy thông minh. Sự kiện thu hút nhiều doanh nghiệp và đơn vị công nghệ tham dự, tạo không gian kết nối và chia sẻ kinh nghiệm triển khai tự động hóa trong bối cảnh chuyển đổi số tăng tốc.
Đổi mới công nghệ để mở lối cho trí thức trẻ Việt Nam vươn tầm hội nhập

Đổi mới công nghệ để mở lối cho trí thức trẻ Việt Nam vươn tầm hội nhập

Đại học Bách khoa Hà Nội vừa phối hợp cùng Quỹ VinFuture tổ chức Hội thảo khoa học “Đổi mới sáng tạo và Chất bán dẫn hữu cơ”.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Agribank tung chương trình tiết kiệm dự thưởng

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Agribank tung chương trình tiết kiệm dự thưởng

Tuần qua, nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh, chiến lược nhân sự như: VPBank triển khai chương trình hỗ trợ hộ kinh doanh; VietinBank nâng ưu đãi lớn cho khách hàng; Agribank tung chương trình tiết kiệm dự thưởng với giải đặc biệt 1 tỷ đồng...
VinFuture 2025 vinh danh những nhà khoa học xuất sắc với tổng trị giá giải thưởng lên tới 4,5 triệu USD

VinFuture 2025 vinh danh những nhà khoa học xuất sắc với tổng trị giá giải thưởng lên tới 4,5 triệu USD

Tối 5/12, Lễ trao giải thưởng Vinfuture 2025 được tường thuật trực tiếp trên kênh VTV1 - Đài Truyền hình Việt Nam và livestream trên nhiều nền tảng mạng xã hội và một số tờ báo điện tử lớn. Bốn nhà khoa học của Mỹ đã giành Giải thưởng Chính VinFuture 2025, trị giá 3 triệu USD với đề tài khoa học nghiên cứu, phát triển vaccine HPV.
Tuần phim Ba Lan 2025 tại Việt Nam: 7 tác phẩm châu Âu đặc sắc ra mắt khán giả miễn phí

Tuần phim Ba Lan 2025 tại Việt Nam: 7 tác phẩm châu Âu đặc sắc ra mắt khán giả miễn phí

Từ những góc nhìn đời thường đến chuyện đời nghệ sĩ hay khúc quanh định mệnh của mỗi số phận, bảy bộ phim Ba Lan được tuyển chọn cho tuần phim năm nay hứa hẹn mang đến cho khán giả Việt Nam những trải nghiệm điện ảnh giàu cảm xúc.
Nexcom công bố kết quả xác thực bộ chuyển mạch TSN cho tự động hóa công nghiệp

Nexcom công bố kết quả xác thực bộ chuyển mạch TSN cho tự động hóa công nghiệp

Hãng Nexcom (Đài Loan - Trung Quốc) vừa công bố kết quả thử nghiệm xác thực đối với bộ chuyển mạch mạng thời gian thực ISA 142 (Time-Sensitive Networking - TSN), cho thấy thiết bị đạt độ chính xác ở mức nano giây, phục vụ cho các ứng dụng biên trong công nghiệp.
Khoa học mở đường cho phát triển bền vững trong kỷ nguyên khí hậu cực đoan

Khoa học mở đường cho phát triển bền vững trong kỷ nguyên khí hậu cực đoan

Chiều 4/12, chuỗi tọa đàm “Khoa học vì Cuộc sống” 2025 khép lại với chủ đề “Khoa học và Đổi mới sáng tạo vì Tương lai bền vững”. Trong bối cảnh khoa học - công nghệ liên tục mở ra những hướng đi mới, từ vật liệu xanh, năng lượng sạch đến kinh tế tuần hoàn và phục hồi hệ sinh thái, buổi tọa đàm là diễn đàn để các nhà khoa học và chuyên gia hàng đầu chia sẻ tri thức, công nghệ và tầm nhìn nhằm kiến tạo một tương lai xanh cho các thế hệ sau.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/12/2025: Tuổi Dần phải cẩn thận, tuổi Thân công việc dễ thở

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/12/2025: Tuổi Dần phải cẩn thận, tuổi Thân công việc dễ thở

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 6/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
song-gia-tri