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
Viettel khởi động cuộc thi phát triển trí tuệ nhân tạo cùng NVIDIA

Viettel khởi động cuộc thi phát triển trí tuệ nhân tạo cùng NVIDIA

Trong tháng 6/2026, Tập đoàn Công nghiệp - Viễn thông Quân đội (Viettel) chính thức khởi động Vietnam AI Open Hackathon 2026 cùng NVIDIA. Đây là cuộc thi phát triển ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) dành cho cộng đồng kỹ sư, nhà nghiên cứu và startup công nghệ tại Việt Nam.
Vinamilk lan tỏa các thực hành giảm phát thải tại Diễn đàn Quốc gia về Môi trường

Vinamilk lan tỏa các thực hành giảm phát thải tại Diễn đàn Quốc gia về Môi trường

Tại Diễn đàn Quốc gia về Môi trường và Khí hậu 2026, Vinamilk là doanh nghiệp sữa duy nhất được mời tham gia phiên tọa đàm về giảm phát thải khí nhà kính. Đằng sau sự hiện diện đó là hơn một thập kỷ đầu tư bài bản và nhất quán vào phát triển bền vững.
Thị trường chứng khoán ngày 11/6: Dòng tiền biến mất khỏi thị trường, VN Index đánh mất mốc 1.800 điểm sau hai phiên hồi phục

Thị trường chứng khoán ngày 11/6: Dòng tiền biến mất khỏi thị trường, VN Index đánh mất mốc 1.800 điểm sau hai phiên hồi phục

Thị trường quay trở lại trạng thái điều chỉnh sau hai phiên phục hồi ngắn ngủi. Điểm đáng chú ý không nằm ở mức giảm hơn 5 điểm của VN Index mà ở sự suy kiệt của dòng tiền khi thanh khoản trên HoSE chỉ còn hơn 10 nghìn tỷ đồng - mức thấp nhất trong nhiều tháng gần đây, phản ánh tâm lý thận trọng cao độ của nhà đầu tư.
Hơn 1,2 triệu thí sinh cả nước bước vào ngày đầu Kỳ thi tốt nghiệp THPT 2026 an toàn, nghiêm túc

Hơn 1,2 triệu thí sinh cả nước bước vào ngày đầu Kỳ thi tốt nghiệp THPT 2026 an toàn, nghiêm túc

Ngày 11/6, hơn 1,2 triệu thí sinh trên cả nước bước vào ngày đầu tiên của Kỳ thi tốt nghiệp THPT 2026, với môn thi Ngữ văn buổi sáng và môn Toán vào buổi chiều.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/6/2026: Tuổi Thìn đón cơ hội thăng tiến, tuổi Tuất cần tránh thị phi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/6/2026: Tuổi Thìn đón cơ hội thăng tiến, tuổi Tuất cần tránh 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 12/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Nhận định phiên giao dịch ngày 11/6: Chờ thanh khoản cải thiện tốt hơn

Nhận định phiên giao dịch ngày 11/6: Chờ thanh khoản cải thiện tốt hơn

Sau khi lấy lại mốc 1.800 điểm trong phiên 10/6, thị trường chứng khoán được đánh giá đang có cơ hội kiểm định thành công vùng đỉnh của năm 2025. Tuy nhiên, các chuyên gia cho rằng thanh khoản vẫn là yếu tố then chốt cần cải thiện để xác nhận một xu hướng tăng bền vững, trong bối cảnh nhà đầu tư tiếp tục được khuyến nghị duy trì danh mục cân bằng và chờ tín hiệu rõ ràng hơn từ thị trường.
Vì sao ngày càng nhiều nhà sản xuất muốn loại bỏ tủ điều khiển khỏi máy móc công nghiệp?

Vì sao ngày càng nhiều nhà sản xuất muốn loại bỏ tủ điều khiển khỏi máy móc công nghiệp?

Trong nhiều thập kỷ, tủ điều khiển được xem là “trái tim” của các hệ thống tự động hóa công nghiệp. Đây là nơi tập trung các thiết bị điều khiển, nguồn điện và truyền thông, giúp bảo vệ linh kiện, tổ chức hệ thống dây dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo trì. Tuy nhiên, khi ngành sản xuất bước vào giai đoạn chuyển đổi số với các yêu cầu về tính mô-đun, tiết kiệm không gian và linh hoạt trong vận hành, ngày càng nhiều doanh nghiệp bắt đầu đặt câu hỏi: liệu tủ điều khiển truyền thống có còn là lựa chọn tối ưu?
VinFast xếp hạng 13 toàn cầu về thương hiệu xe máy điện bán chạy nhất thế giới

VinFast xếp hạng 13 toàn cầu về thương hiệu xe máy điện bán chạy nhất thế giới

VinFast tăng 204,7% lượng tiêu thụ trong 4 tháng đầu năm 2026 (tương đương tăng 40 bậc xếp hạng), trở thành thương hiệu xe máy tăng trưởng nhanh nhất thế giới, chạm hạng mốc 13 toàn cầu.
Tháng 7/2026, VinFast mở cọc 3 mẫu xe máy điện tại Philippines vận hành tới 150km sau mỗi lần sạc

Tháng 7/2026, VinFast mở cọc 3 mẫu xe máy điện tại Philippines vận hành tới 150km sau mỗi lần sạc

3 mẫu xe máy điện Evo, Feliz II và Viper chính thức được VinFast nhận cọc tại thị trường tại Philippines, sau gần một tháng kể từ khi hãng triển khai chương trình cọc tại Indonesia. Giá cho các mẫu xe này từ khoảng 30 triệu đồng trở lên, có khả năng vận hành tới 150km sau khi sạc đầy pin. Hãng dự kiến bàn giao 3 mẫu xe cho thị trường Philippines từ tháng 7/2026.
Thị trường chứng khoán ngày 10/6: Bất động sản và ngân hàng dẫn dắt đà hồi phục, VN Index tăng phiên thứ hai liên tiếp

Thị trường chứng khoán ngày 10/6: Bất động sản và ngân hàng dẫn dắt đà hồi phục, VN Index tăng phiên thứ hai liên tiếp

VN Index tiếp tục tăng điểm nhờ tâm lý tích cực từ diễn biến giá dầu hạ nhiệt và sự hồi phục của nhóm bất động sản, ngân hàng. Tuy nhiên, thanh khoản khớp lệnh vẫn ở mức thấp cho thấy dòng tiền chưa thực sự quay lại, khiến triển vọng tạo đáy của thị trường vẫn cần thêm thời gian kiểm chứng.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc