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
[E-Magazine] Việt Nam trước làn sóng phổ cập công nghệ lần hai

[E-Magazine] Việt Nam trước làn sóng phổ cập công nghệ lần hai

Có những thay đổi đi vào xã hội rất lặng. Một mã QR dán cạnh lọ tăm trong quán phở. Một lần xác thực khuôn mặt trước khi chuyển tiền. Một tài khoản VNeID thay cho tập giấy tờ quen thuộc. Một hồ sơ bệnh án không còn nằm im trong tủ sắt bệnh viện. Những chi tiết nhỏ ấy đang báo hiệu một bước chuyển lớn - Việt Nam đã qua thời phổ cập công cụ số và đang bước vào giai đoạn phổ cập hạ tầng số của đời sống xã hội.
Surface Pro 12 và Surface Laptop 8 chính thức lên kệ, trang bị chip AI Snapdragon X2

Surface Pro 12 và Surface Laptop 8 chính thức lên kệ, trang bị chip AI Snapdragon X2

Microsoft vừa chính thức mở bán thế hệ Surface mới nhất, gồm Surface Pro 12 và Surface Laptop 8. Điểm nhấn đáng chú ý của dòng sản phẩm lần này là việc được trang bị nền tảng Snapdragon X2 mới từ Qualcomm với khả năng xử lý AI lên tới 80 TOPS, cùng thời lượng pin dài và nhiều nâng cấp về màn hình, hiệu năng.
Khám phá Amio S - phiên bản mới phân khúc xe máy điện rẻ nhất của VinFast

Khám phá Amio S - phiên bản mới phân khúc xe máy điện rẻ nhất của VinFast

Phân khúc xe máy điện rẻ nhất của VinFast vừa xuất hiện thêm phiên bản mới mang tên Amio S, với giá từ 12 đến gần 14 triệu đồng.
TKV trao 30 suất học bổng cho sinh viên tài năng của HUST

TKV trao 30 suất học bổng cho sinh viên tài năng của HUST

Trường Quản trị Kinh doanh VINACOMIN (trực thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam) vừa trao 30 suất học bổng của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV) cho 30 sinh viên tiêu biểu trong học kỳ I năm học 2025-2026 của Đại học Bách khoa Hà Nội (HUST).
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/6/2026: Tuổi Tỵ gặp nhiều may mắn, tuổi Thân cần thận trọng trong giao tiếp

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/6/2026: Tuổi Tỵ gặp nhiều may mắn, tuổi Thân cần thận trọng trong giao tiếp

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 22/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Hội Nhà báo Việt Nam công bố 10 quy tắc sử dụng AI trong hoạt động báo chí

Hội Nhà báo Việt Nam công bố 10 quy tắc sử dụng AI trong hoạt động báo chí

Tại Diễn đàn Báo chí toàn quốc 2026, một trong những nội dung nhận được sự quan tâm đặc biệt của giới truyền thông là việc Hội Nhà báo Việt Nam chính thức công bố bộ 10 quy tắc sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) trong hoạt động báo chí. Đây được xem là bước đi quan trọng nhằm định hướng việc ứng dụng công nghệ mới một cách an toàn, có trách nhiệm và phù hợp với các chuẩn mực nghề nghiệp trong bối cảnh AI đang tác động mạnh mẽ đến lĩnh vực truyền thông trên toàn cầu.
Diễn đàn Báo chí toàn quốc 2026: Báo chí phải giữ vững giá trị cốt lõi trong kỷ nguyên AI

Diễn đàn Báo chí toàn quốc 2026: Báo chí phải giữ vững giá trị cốt lõi trong kỷ nguyên AI

Chiều 20/6, Diễn đàn Báo chí toàn quốc lần thứ III năm 2026 khép lại với 11 phiên thảo luận, tập trung vào những vấn đề trọng tâm của báo chí hiện đại như chuyển đổi số, ứng dụng AI, bảo vệ bản quyền, phát triển kinh tế báo chí và nâng cao hiệu quả truyền thông chính sách.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Agribank ba năm liên tiếp vào Top 50 doanh nghiệp lớn nhất Đông Nam Á

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Agribank ba năm liên tiếp vào Top 50 doanh nghiệp lớn nhất Đông Nam Á

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: BIDV 4 năm liên tiếp dẫn đầu dịch vụ Private Banking tại Việt Nam; HDBank: Tăng trưởng bền vững gắn với trách nhiệm cộng đồng; Agribank ba năm liên tiếp vào Top 50 doanh nghiệp lớn nhất Đông Nam Á...
Ba thế hệ Tự động hoá Ngày nay giữ lửa cho một dòng chảy tri thức

Ba thế hệ Tự động hoá Ngày nay giữ lửa cho một dòng chảy tri thức

25 năm - quãng thời gian đủ để một tờ tạp chí chuyên ngành đi qua những biến động của công nghệ, của báo chí và của chính xã hội. Nhưng với Tạp chí Tự động hóa Ngày nay (TĐHNN), 25 năm không chỉ được đo bằng số lượng ấn phẩm hay những cột mốc phát triển. Đó là hành trình của con người cũng như các thế hệ làm báo nối tiếp nhau, vừa kế thừa, vừa đổi mới, để giữ cho một dòng chảy tri thức không ngừng vận động.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/6/2026: Tuổi Thìn đón vận may sự nghiệp, tuổi Dần cần thận trọng trong quyết định tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/6/2026: Tuổi Thìn đón vận may sự nghiệp, tuổi Dần cần thận trọng trong quyết định tài chính

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 21/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc