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
Xuất xưởng chiếc xe máy thứ 1 triệu, VinFast tạo dấu ấn sau 8 năm gia nhập thị trường xe điện

Xuất xưởng chiếc xe máy thứ 1 triệu, VinFast tạo dấu ấn sau 8 năm gia nhập thị trường xe điện

Nhà máy VinFast Hải Phòng vừa xuất xưởng chiếc xe máy điện thứ một triệu, tính từ khi chiếc Klara lăn bánh khỏi dây chuyền hồi tháng 11/2018.
Thị trường chứng khoán ngày 16/6: Nhóm chứng khoán nổi sóng, VN Index vượt 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 16/6: Nhóm chứng khoán nổi sóng, VN Index vượt 1.800 điểm

VN Index tăng hơn 8 điểm và giữ được vùng 1.800 điểm, nhưng thanh khoản lại giảm sâu. Dòng tiền chỉ tập trung ở một số nhóm, nổi bật là nhóm chứng khoán, trong khi nhóm bluechip vẫn giao dịch phân hóa.
Cảnh sát Indonesia ‘biến hình’ VF3 thành xe công vụ

Cảnh sát Indonesia ‘biến hình’ VF3 thành xe công vụ

Chiếc xe ô tô điện VF3 của VinFast vừa gây bất ngờ với công chúng, khi ghi dấu ấn trong đội hình của cảnh sát Indonesia. Không chỉ là chiếc xe có doanh số cao nhất tại trong thị trường xe điện của hãng, VF3 còn được lựa chọn cho một mục đích đặc biệt khi trở thành phương tiện hỗ trợ lực lượng cảnh sát giao thông quốc tế triển khai công nghệ giám sát vi phạm bằng máy bay không người lái.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/6/2026: Tuổi Ngọ tài lộc khởi sắc, tuổi Thìn cần đề phòng thị phi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/6/2026: Tuổi Ngọ tài lộc khởi sắc, tuổi Thìn cần đề phòng thị phi

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 17/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Xăng E10: Bước chuyển thực tế trên hành trình năng lượng xanh

Xăng E10: Bước chuyển thực tế trên hành trình năng lượng xanh

Trong bối cảnh chuyển dịch năng lượng và mục tiêu phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050, xăng sinh học E10 đang nổi lên như một giải pháp khả thi cho Việt Nam. Không đòi hỏi thay đổi lớn về hạ tầng hay thói quen sử dụng, E10 không chỉ góp phần giảm phát thải mà còn mở rộng nguồn cung năng lượng, tăng khả năng tự chủ và thúc đẩy hình thành chuỗi giá trị nhiên liệu sinh học trong nước.
Báo chí phải khẳng định giá trị trong kỷ nguyên AI

Báo chí phải khẳng định giá trị trong kỷ nguyên AI

Trong bối cảnh công nghệ số, mạng xã hội và trí tuệ nhân tạo đang làm thay đổi sâu sắc môi trường truyền thông, báo chí cần tập trung vào những giá trị cốt lõi mà công nghệ không thể thay thế như kiểm chứng sự thật, trách nhiệm xã hội, đạo đức nghề nghiệp và bản lĩnh chính trị. Đây là thông điệp được lãnh đạo Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch nhấn mạnh tại Hội nghị giao ban báo chí nhân dịp kỷ niệm 101 năm Ngày Báo chí Cách mạng Việt Nam.
Từ vật liệu chiến lược đến robot công nghiệp: Bài toán tự chủ công nghệ của Việt Nam

Từ vật liệu chiến lược đến robot công nghiệp: Bài toán tự chủ công nghệ của Việt Nam

Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo (AI), robot công nghiệp, sản xuất thông minh và chuyển đổi số đang mở ra những cơ hội bứt phá chưa từng có cho nền kinh tế Việt Nam. Trong bối cảnh cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư diễn ra sâu rộng, năng lực cạnh tranh quốc gia không còn dựa vào lao động giá rẻ hay quy mô thị trường, mà phụ thuộc hoàn toàn vào khả năng làm chủ công nghệ lõi, vật liệu chiến lược và năng lực chế tạo các hệ thống công nghệ cao.
VAA hợp tác chiến lược với doanh nghiệp Trung Quốc thúc đẩy phát triển công nghệ lõi

VAA hợp tác chiến lược với doanh nghiệp Trung Quốc thúc đẩy phát triển công nghệ lõi

Ngày 15/6, tại Văn phòng Hệ sinh thái doanh nghiệp VAA đã diễn ra cuộc gặp mặt và ký kết Biên bản ghi nhớ hợp tác chiến lược (MOU) giữa Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA); đại diện Tập đoàn HNC và đại diện Công ty TNHH DMC ZenTech, nhằm hướng tới mục tiêu thúc đẩy phát triển lĩnh vực công nghệ cao, tự động hóa và đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao ở Việt Nam.
Siemens hợp tác phát triển Silverlake thành khu công nghiệp đổi mới sáng tạo thế hệ mới

Siemens hợp tác phát triển Silverlake thành khu công nghiệp đổi mới sáng tạo thế hệ mới

Vào giữa tháng 6, Siemens Việt Nam và Pacific Land Việt Nam ký kết biên bản ghi nhớ hợp tác chiến lược nhằm phát triển Khu Công nghệ cao Silverlake trở thành trung tâm đổi mới sáng tạo thông minh và bền vững, hướng tới thu hút các ngành công nghệ cao và khoa học sự sống.
Nhận định phiên giao dịch ngày 16/6: Xem xét các cơ hội đầu tư ở các doanh nghiệp đầu ngành

Nhận định phiên giao dịch ngày 16/6: Xem xét các cơ hội đầu tư ở các doanh nghiệp đầu ngành

Thị trường chứng khoán đã có phiên giao dịch khởi sắc trong ngày 15/6 khi lực cầu gia tăng giúp các chỉ số chính đồng loạt tăng điểm. Dù VN-Index chưa thể chinh phục thành công mốc 1.800 điểm, diễn biến của dòng tiền và độ rộng thị trường cho thấy tâm lý nhà đầu tư đang dần cải thiện sau giai đoạn điều chỉnh kéo dài.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc