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
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/6/2026: Tuổi Dậu đón lộc công danh, tuổi Mùi cần đề phòng hao tài

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/6/2026: Tuổi Dậu đón lộc công danh, tuổi Mùi cần đề phòng hao tài

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 15/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Khi quả bóng biết lên tiếng

Khi quả bóng biết lên tiếng

World Cup 2026 mới đi qua những ngày đầu, nhưng bóng đá đã kịp lộ ra một gương mặt khác, ít lãng mạn hơn tiếng hò reo, nhưng không kém phần quyến rũ. Đằng sau mỗi bàn thắng, thẻ phạt, pha việt vị và tranh cãi truyền hình là một mạng lưới cảm biến, thuật toán, dữ liệu, màn hình và đô thị thông minh đang âm thầm bước vào “tiền tuyến” của cuộc chơi.
Audi Nuvolari ra mắt: Siêu xe hybrid 1.001 mã lực đánh dấu sự trở lại sau kỷ nguyên R8

Audi Nuvolari ra mắt: Siêu xe hybrid 1.001 mã lực đánh dấu sự trở lại sau kỷ nguyên R8

Sau khi khai tử dòng R8 vào năm 2024, Audi chính thức trở lại phân khúc siêu xe bằng mẫu Nuvolari hoàn toàn mới. Sở hữu hệ truyền động hybrid 1.001 mã lực, tốc độ tối đa trên 350 km/h và số lượng giới hạn chỉ 499 chiếc, Nuvolari được xem là tuyên ngôn mới của Audi trong kỷ nguyên điện hóa.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VPBank tăng tốc số hóa quầy giao dịch, định hình chuẩn ngân hàng 4.0

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VPBank tăng tốc số hóa quầy giao dịch, định hình chuẩn ngân hàng 4.0

Tuần qua đã có 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: NHNN hút ròng trở lại, thanh khoản hệ thống hạ nhiệt; Vietbank được chấp thuận tăng vốn gần 4.800 tỷ đồng; Vietbank được chấp thuận tăng vốn gần 4.800 tỷ đồng...
Kỳ 7: Con người trước quyền năng của máy móc

Kỳ 7: Con người trước quyền năng của máy móc

Từ chiếc máy dệt cơ khí của thế kỷ XVIII đến trí tuệ nhân tạo của thế kỷ XXI, máy móc chưa bao giờ chỉ là công cụ. Nó là phần kéo dài của con người và đồng thời là tấm gương phản chiếu những giới hạn của chính con người. Khi thuật toán bắt đầu “suy nghĩ”, khi máy móc học cách “học”, câu hỏi không còn là con người điều khiển máy, mà là liệu con người còn giữ được vị thế trung tâm trong thế giới do mình kiến tạo?
Du lịch Việt Nam lập kỷ lục mới: Đón 10,6 triệu lượt khách quốc tế sau 5 tháng

Du lịch Việt Nam lập kỷ lục mới: Đón 10,6 triệu lượt khách quốc tế sau 5 tháng

Với khoảng 10,6 triệu lượt khách quốc tế trong 5 tháng đầu năm 2026, du lịch Việt Nam tiếp tục ghi nhận cột mốc cao nhất từ trước đến nay cho cùng kỳ. Kết quả này tạo nền tảng thuận lợi để ngành du lịch hướng tới mục tiêu đón 25 triệu lượt khách quốc tế trong năm nay.
Thử nghiệm thành công động cơ siêu dẫn 100kW, mở đường cho kỷ nguyên máy bay điện

Thử nghiệm thành công động cơ siêu dẫn 100kW, mở đường cho kỷ nguyên máy bay điện

Một nhóm nghiên cứu tại Scotland vừa đạt được bước tiến quan trọng trong lĩnh vực hàng không bền vững khi phát triển và thử nghiệm thành công động cơ siêu dẫn công suất 100kW dành cho máy bay. Thành tựu này được kỳ vọng sẽ góp phần thúc đẩy sự ra đời của các thế hệ máy bay điện và máy bay sử dụng hydro trong tương lai.
Nhà báo Lê Doãn Hưng được bổ nhiệm giữ chức Tổng Biên tập Tạp chí Việt Nam Hương sắc

Nhà báo Lê Doãn Hưng được bổ nhiệm giữ chức Tổng Biên tập Tạp chí Việt Nam Hương sắc

Trên cương vị mới, Tổng Biên tập Lê Doãn Hưng cam kết cùng tập thể tòa soạn đẩy mạnh chuyển đổi số, phát triển truyền thông đa nền tảng và nâng cao vị thế của cơ quan báo chí chuyên ngành trong lĩnh vực sinh vật cảnh.
Bộ GDĐT họp báo công bố Kỳ thi vẫn tiếp diễn với công tác chấm thi và công bố điểm

Bộ GDĐT họp báo công bố Kỳ thi vẫn tiếp diễn với công tác chấm thi và công bố điểm

Chiều 12/6, ngay sau khi kết thúc ngày thi thứ 2 các môn tự chọn, Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GDĐT) tổ chức họp báo, dưới sự chủ trì của Thứ trưởng Thường trực Bộ GDĐT, Trưởng Ban Chỉ đạo cấp quốc gia kỳ thi tốt nghiệp THPT năm 2026 Phạm Ngọc Thưởng về vai trò, nhiệm vụ của các đơn vị chức năng trong chấm thi và công bố điểm.
Mouser khám phá tương lai robot hình người trong chương trình “Sự trỗi dậy của robot”

Mouser khám phá tương lai robot hình người trong chương trình “Sự trỗi dậy của robot”

Sự phát triển nhanh chóng của trí tuệ nhân tạo (AI), cảm biến thông minh và điện toán nhúng đang đưa robot hình người từ những ý tưởng trong khoa học viễn tưởng trở thành hiện thực. Nhằm giúp cộng đồng kỹ sư hiểu rõ hơn về xu hướng công nghệ này, Mouser Electronics vừa giới thiệu phần mới nhất trong chuỗi chương trình giáo dục kỹ thuật Empowering Innovation Together (EIT) với chủ đề “Sự trỗi dậy của robot”.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc