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
mca-thong-bao
Tin bài khác
HUST công bố tuyển 9.880 chỉ tiêu, 3 phương thức tuyển sinh, 68 chương trình đào tạo

HUST công bố tuyển 9.880 chỉ tiêu, 3 phương thức tuyển sinh, 68 chương trình đào tạo

Đại học Bách khoa Hà Nội (HUST) vừa công bố tuyển 9.880 chỉ tiêu đại học chính quy năm 2026, với 3 phương thức tuyển sinh như mọi năm, gồm xét tuyển tài năng, xét tuyển theo điểm thi Đánh giá tư duy (TSA) và xét tuyển theo điểm thi tốt nghiệp THPT.
Hà Nội sắp công bố thành lập Trung tâm Đổi mới sáng tạo

Hà Nội sắp công bố thành lập Trung tâm Đổi mới sáng tạo

Với vốn điều lệ 100 tỷ đồng, trong đó UBND thành phố nắm 70% cổ phần, cùng sự tham gia của Đại học Bách khoa Hà Nội và Tập đoàn CMC, HiHUB được kỳ vọng trở thành đầu mối điều phối hệ sinh thái đổi mới sáng tạo, thúc đẩy khởi nghiệp và công nghệ cao tại Thủ đô.
Nhận định phiên giao dịch ngày 25/2: Tăng tỷ trọng ở các mã đang có lợi nhuận

Nhận định phiên giao dịch ngày 25/2: Tăng tỷ trọng ở các mã đang có lợi nhuận

Sau 5 phiên tăng liên tiếp với thanh khoản cải thiện rõ rệt, VN-Index đang củng cố đà hồi phục và hướng tới mốc 1.900 điểm. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư tiếp tục nắm giữ danh mục, đồng thời tận dụng những nhịp rung lắc để gia tăng tỷ trọng ở các cổ phiếu đang có lợi nhuận.
Những mô hình tăng trưởng giúp Việt Nam định vị trên bản đồ thế giới

Những mô hình tăng trưởng giúp Việt Nam định vị trên bản đồ thế giới

Trong bối cảnh cạnh tranh toàn cầu gay gắt về kinh tế, chuyển đổi chiến lược đầu tư, mô hình tăng trưởng dựa vào lao động giá rẻ, khai thác tài nguyên và mở rộng đầu tư theo chiều rộng đã không còn phù hợp. Thay vào đó, xây dựng nền kinh tế số bền vững, thông qua chuyển đổi số, chuyển đổi xanh giúp các quốc gia định vị được tên tuổi trên bản đồ thế giới.
Phát triển kỹ năng AI - mở ra kỷ nguyên mới cho robot công nghiệp

Phát triển kỹ năng AI - mở ra kỷ nguyên mới cho robot công nghiệp

Trong nhiều thập kỷ, robot công nghiệp chủ yếu bị giới hạn trong các nhiệm vụ lặp lại, đơn mục đích và hoạt động trong môi trường được kiểm soát chặt chẽ do sự phức tạp của thế giới thực. Tuy nhiên, với nền tảng Acteris, Trener Robotics (trước đây là T-Robotics) đang hướng tới việc thay đổi căn bản mô hình này bằng cách đưa trí tuệ nhân tạo trở thành trung tâm của hoạt động robot.
Giám sát tải không xâm lấn bằng mạng nơ-ron tích chập: Một cách tiếp cận dữ liệu chuỗi thời gian

Giám sát tải không xâm lấn bằng mạng nơ-ron tích chập: Một cách tiếp cận dữ liệu chuỗi thời gian

Nghiên cứu này nâng cao hiệu suất của CNN bằng cách tích hợp các đặc điểm chuỗi thời gian để cải thiện độ chính xác và xử lý các sự kiện chuyển mạch.
Linh vật trong thời đại số

Linh vật trong thời đại số

Có dịp đi du lịch vòng quanh thế giới, chúng ta rất dễ nhận thấy hầu hết các thành phố, địa phương khắp các châu lục đều có những tượng đài với hình ảnh và truyền thuyết về linh vật (mascot) được đặt ở những vị trí và không gian công cộng trang trọng nhất, sự tồn tại của nó khắc sâu vào tâm khảm của người dân, gợi nhắc về quá khứ và về một truyền thống chung của cộng đồng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/2/2026: Tuổi Mão tương đối thuận lợi, tuổi Dâu gặp phải khó khăn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/2/2026: Tuổi Mão tương đối thuận lợi, tuổi Dâu gặp phải khó khăn

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 25/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 24/2: VN Index rút chân tăng điểm, dòng tiền cải thiện mạnh sau nhịp rung lắc đầu phiên

Thị trường chứng khoán ngày 24/2: VN Index rút chân tăng điểm, dòng tiền cải thiện mạnh sau nhịp rung lắc đầu phiên

Dù chịu tác động tiêu cực từ diễn biến giảm điểm của chứng khoán Mỹ trong đêm trước, thị trường nhanh chóng hồi phục và đóng cửa ở mức cao nhất phiên. Thanh khoản gia tăng mạnh, khối ngoại mua ròng trở lại, cho thấy nội lực thị trường đang dần cải thiện.
Siemens thử nghiệm robot hình người trong logistics công nghiệp

Siemens thử nghiệm robot hình người trong logistics công nghiệp

Siemens và Humanoid - công ty AI và robot có trụ sở tại Anh vừa hoàn tất thành công một dự án thử nghiệm (proof of concept - POC) nhằm đánh giá khả năng ứng dụng robot hình người trong lĩnh vực logistics công nghiệp.
song-gia-tri