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
nam-moi
Tin bài khác
Hiệu chỉnh tối ưu bộ điều khiển PID bậc phân số sử dụng phương pháp Nelder-Mead: Nghiên cứu điển hình về điều khiển động cơ DC chổi than

Hiệu chỉnh tối ưu bộ điều khiển PID bậc phân số sử dụng phương pháp Nelder-Mead: Nghiên cứu điển hình về điều khiển động cơ DC chổi than

Bài báo này trình bày một phương pháp toàn diện để triển khai điều khiển FOPID trong các hệ thống đơn đầu vào đơn đầu ra (SISO).
Chiến mã trên bốn bánh: Quyền lực và biểu tượng trong thế giới siêu xe

Chiến mã trên bốn bánh: Quyền lực và biểu tượng trong thế giới siêu xe

Từ chiến trường châu Âu đến những đại lộ nước Mỹ, hình tượng loài ngựa đã vượt khỏi vai trò phương tiện cổ xưa để trở thành biểu tượng cảm xúc của ngành công nghiệp ô tô. Trên logo, tên gọi và triết lý thiết kế của nhiều thương hiệu danh tiếng, “mã lực” không chỉ là thông số kỹ thuật mà còn là câu chuyện về tốc độ, tự do và khát vọng chinh phục.
Tục thờ chó đá Ma-hin của người Tày

Tục thờ chó đá Ma-hin của người Tày

Tục thờ chó đá Ma-hin là một nét tín ngưỡng độc đáo của người Tày, thể hiện quan niệm vạn vật hữu linh và khát vọng được che chở, bảo vệ. Qua nhiều thế hệ, linh thú trước cửa mỗi gia đình không chỉ mang ý nghĩa tâm linh mà còn trở thành biểu tượng văn hóa bền bỉ của cộng đồng.
Mở rộng hợp tác công nghệ Việt Nam - Hoa Kỳ

Mở rộng hợp tác công nghệ Việt Nam - Hoa Kỳ

Nhân dịp tham gia đoàn công tác của Tổng Bí thư Tô Lâm tham dự cuộc họp khai mạc Hội đồng Hòa bình về Gaza, trong 2 ngày 19 và 20/2 (giờ địa phương) tại thủ đô Washington, D.C. của Hoa Kỳ, Ủy viên Bộ Chính trị, Phó Trưởng Ban chỉ đạo Trung ương về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số, Bí thư Thành ủy Hà Nội Nguyễn Duy Ngọc đã chủ trì các cuộc làm việc với Tập đoàn Rosen Partners, Đại học Bang Arizona (ASU), Tập đoàn Meta và Hiệp hội công nghiệp bán dẫn Hoa Kỳ (SIA).
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/2/2026: Tuổi Tuất nguy cơ sa sút, tuổi Dần thuận lợi hơn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/2/2026: Tuổi Tuất nguy cơ sa sút, tuổi Dần thuận lợi hơn

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 22/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Schneider Electric tuyên bố bước tiến mới trong tự động hóa công nghiệp

Schneider Electric tuyên bố bước tiến mới trong tự động hóa công nghiệp

Tập đoàn công nghệ toàn cầu Schneider Electric vừa ra mắt hệ thống điều khiển phân tán định nghĩa bằng phần mềm (software-defined distributed control system) mà hãng cho là đầu tiên trong ngành, tiếp tục mở rộng danh mục giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả vận hành.
Các giải pháp công nghệ thúc đẩy Việt Nam trở thành quốc gia của số hóa và trung tâm dữ liệu xanh

Các giải pháp công nghệ thúc đẩy Việt Nam trở thành quốc gia của số hóa và trung tâm dữ liệu xanh

Số hóa và dữ liệu xanh là hai yếu tố quan trọng trong hành trình số hóa quốc gia, tiến tới hội nhập toàn cầu. Tuy nhiên, việc triển khai số hóa và Trung tâm dữ liệu xanh vẫn còn nhiều thách thức đối với các doanh nghiệp. Schneider Electric với vai trò là đối tác công nghệ năng lượng hàng đầu toàn cầu đã có nhiều sáng kiến và định hướng quan trọng để thúc đẩy số hóa và trung tâm dữ liệu xanh ở Việt Nam.
Infinix Note 60 Pro lộ diện: Thiết kế gợi nhớ iPhone 17 Pro

Infinix Note 60 Pro lộ diện: Thiết kế gợi nhớ iPhone 17 Pro

Những hình ảnh hé lộ đầu tiên cho thấy Infinix Note 60 Pro sở hữu thiết kế giao thoa táo bạo giữa cụm camera phong cách iPhone 17 Pro Max và màn hình ma trận gợi nhắc Nothing Phone (3). Kết hợp cùng cấu hình mạnh mẽ và loạt công nghệ mới, mẫu máy được kỳ vọng sẽ khuấy động phân khúc tầm trung khi ra mắt tại MWC 2026.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/2/2026: Tuổi Tuất tiêu cực về tình cảm, tuổi Tý dễ vướng tranh chấp

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/2/2026: Tuổi Tuất tiêu cực về tình cảm, tuổi Tý dễ vướng tranh chấp

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 21/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
[E-Magazine] 9 nhà khoa học đáng kính tuổi Bính Ngọ

[E-Magazine] 9 nhà khoa học đáng kính tuổi Bính Ngọ

Sinh năm 1966 - Bính Ngọ, thế hệ các nhà khoa học công nghệ này trưởng thành đúng vào thời điểm khoa học toàn cầu bước sang pha tăng tốc. Internet bùng nổ, sinh học phân tử tái định hình y học, vật lý & toán học đi vào những miền trừu tượng sâu nhất, còn công nghệ thì gắn chặt với quyền lực quốc gia. TĐHNN giới thiệu 9 gương mặt dưới đây không đại diện cho “vinh quang khoa học” đơn thuần, mà cho những cách rất khác nhau mà tri thức được theo đuổi, bảo vệ và đặt vào cấu trúc của thế giới hiện đại.
song-gia-tri