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
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.
Văn hóa Petrovietnam - sức mạnh mềm trong kỷ nguyên năng lượng mới

Văn hóa Petrovietnam - sức mạnh mềm trong kỷ nguyên năng lượng mới

Một ca trực đêm giữa biển, ánh đèn giàn khoan rung nhẹ theo gió, những con số nhấp nháy trên màn hình điều khiển cách đất liền hàng trăm hải lý. Ở một nơi khác, trong phòng điều hành số, kỹ sư trẻ theo dõi dữ liệu thời gian thực từ chính giàn khoan ấy. Giữa hai không gian tưởng như xa cách, có một sợi dây vô hình nhưng dễ dàng cảm nhận, đó là văn hóa của “người dầu khí”.
Kỳ 1: Khi công nghệ viết lại lịch sử

Kỳ 1: Khi công nghệ viết lại lịch sử

Trong lịch sử văn minh nhân loại, mỗi bước tiến công nghệ lớn đều kéo theo một sự chuyển dịch sâu sắc trong cách con người nhìn nhận thế giới và chính mình. Từ phát minh máy in, động cơ hơi nước cho đến Internet và trí tuệ nhân tạo, công nghệ không chỉ làm thay đổi phương thức sản xuất mà còn định hình lại cấu trúc xã hội, quyền lực tri thức và cả những câu hỏi triết học về tương lai nhân loại.
Đợt phim kỷ niệm các ngày lễ lớn 2026: Chiếu lưu động 34 tỉnh, mở rộng trên nền tảng số

Đợt phim kỷ niệm các ngày lễ lớn 2026: Chiếu lưu động 34 tỉnh, mở rộng trên nền tảng số

Đợt phim kỷ niệm các ngày lễ lớn 30/4, 1/5, 7/5 và 19/5 năm 2026 sẽ diễn ra trên phạm vi toàn quốc từ 25/4 đến 23/5, với nhiều tác phẩm điện ảnh đặc sắc được trình chiếu trực tiếp và trên nền tảng số, góp phần lan tỏa giá trị lịch sử, văn hóa và tinh thần dân tộc.
Kiện toàn BCĐ phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo, chuyển đổi số và Đề án 06

Kiện toàn BCĐ phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo, chuyển đổi số và Đề án 06

Thủ tướng Chính phủ Lê Minh Hưng ký Quyết định số 730/QĐ-TTg ngày 24/4/2026 về việc kiện toàn Ban Chỉ đạo của Chính phủ về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo, chuyển đổi số và Đề án 06 (Ban Chỉ đạo).
5G phủ gần toàn dân, doanh thu số 172 tỷ USD: Việt Nam tăng tốc toàn diện

5G phủ gần toàn dân, doanh thu số 172 tỷ USD: Việt Nam tăng tốc toàn diện

Chiều 23/4/2026 tại Hà Nội, Hội thảo World Mobile Broadband, Cloud & AI Summit 2026 quy tụ hơn 300 đại biểu là lãnh đạo cơ quan quản lý, chuyên gia và doanh nghiệp công nghệ, tập trung thảo luận vai trò của 5G, điện toán đám mây và trí tuệ nhân tạo (AI) trong thúc đẩy chuyển đổi số quốc gia. Sự kiện do IDG Việt Nam phối hợp cùng Hội Vô tuyến - Điện tử Việt Nam và Hội Truyền thông Số tổ chức.
BSR tăng tốc bảo đảm an ninh, an toàn, PCCC trong kỳ nghỉ lễ cao điểm

BSR tăng tốc bảo đảm an ninh, an toàn, PCCC trong kỳ nghỉ lễ cao điểm

rước nhu cầu năng lượng gia tăng trong kỳ nghỉ Giỗ Tổ Hùng Vương, 30/4 và 1/5/2026, Tổng công ty Lọc hóa dầu Việt Nam (BSR) vừa duy trì sản xuất ổn định, vừa triển khai đồng bộ các giải pháp tăng cường an ninh, an toàn và phòng cháy chữa cháy trên toàn hệ thống. Cách tiếp cận chủ động từ khâu sản xuất đến vận hành góp phần bảo đảm hoạt động liên tục, an toàn trong giai đoạn cao điểm.
Một cấu trúc cải tiến để giảm điện dung ký sinh trong các máy biến áp phẳng cho bộ chuyển đổi cộng hưởng LLC

Một cấu trúc cải tiến để giảm điện dung ký sinh trong các máy biến áp phẳng cho bộ chuyển đổi cộng hưởng LLC

Nghiên cứu này khảo sát thiết kế một máy biến áp phẳng cho bộ sạc xe máy điện 48V/3A sử dụng bộ chuyển đổi cộng hưởng LLC.
PV GAS siết chặt an ninh, an toàn vận hành dịp cao điểm lễ 30/4 - 1/5

PV GAS siết chặt an ninh, an toàn vận hành dịp cao điểm lễ 30/4 - 1/5

Trước kỳ nghỉ lễ Giỗ Tổ Hùng Vương, 30/4 và 1/5/2026, Tổng công ty Khí Việt Nam (PV GAS) đã chủ động triển khai đồng bộ các giải pháp nhằm bảo đảm an ninh, an toàn tuyệt đối cho hoạt động sản xuất kinh doanh. Thông qua chỉ thị tăng cường kiểm soát rủi ro, phòng chống cháy nổ và bảo vệ hệ thống công trình khí, đơn vị hướng tới duy trì vận hành liên tục, ổn định trong giai đoạn cao điểm.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/4/2026: Tuổi Tuất không được suôn sẻ, tuổi Mùi đều thuận lợi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/4/2026: Tuổi Tuất không được suôn sẻ, tuổi Mùi đều thuận lợi

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 27/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
vn-web
song-gia-tri