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
Bước tiến quan trọng trong lĩnh vực an ninh mạng công nghiệp

Bước tiến quan trọng trong lĩnh vực an ninh mạng công nghiệp

Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế (ISA) vừa công bố một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực an ninh mạng công nghiệp khi Perseus Information Security Consulting chính thức nhận được chứng nhận đầy đủ từ tổ chức kiểm định A2LA để hoạt động với tư cách là tổ chức chứng nhận (Certification Body - CB) theo tiêu chuẩn ISO/IEC 17065 cho chương trình ISASecure.
Nhận định phiên giao dịch ngày 26/6: VN-Index tích lũy trong biên độ hẹp, ưu tiên quan sát và chờ nhịp điều chỉnh

Nhận định phiên giao dịch ngày 26/6: VN-Index tích lũy trong biên độ hẹp, ưu tiên quan sát và chờ nhịp điều chỉnh

Sau nhịp hồi phục trước đó, VN-Index đang bước vào giai đoạn tích lũy khi áp lực điều chỉnh gia tăng ở một số nhóm cổ phiếu dẫn dắt. Trong bối cảnh dòng tiền chưa thực sự cải thiện, nhà đầu tư được khuyến nghị ưu tiên quan sát và chờ những nhịp điều chỉnh rõ nét hơn để tìm kiếm cơ hội.
Giá trị vượt trội từ sản phẩm “Tiền gửi bền vững” của BIDV

Giá trị vượt trội từ sản phẩm “Tiền gửi bền vững” của BIDV

Với định hướng đồng hành cùng doanh nghiệp kiến tạo tương lai xanh và phát triển bền vững, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) đã tiên phong triển khai và cung ứng sản phẩm “Tiền gửi bền vững” ra thị trường.
VFTP có tân Tổng Giám đốc mới

VFTP có tân Tổng Giám đốc mới

Công ty cổ phần Sản xuất và Kinh doanh VinFast (VFTP) vừa công bố nghị quyết miễn nhiệm ông Phạm Nhật Vượng khỏi chức vụ Tổng giám đốc; bổ nhiệm ông Trịnh Văn Ngân thay thế chức vụ này. Tỷ phú Phạm Nhật Vượng vẫn làm Tổng giám đốc VinFast toàn cầu.
Thị trường chứng khoán ngày 25/6: Họ Vin “hạ nhiệt”, VN Index mất gần 15 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 25/6: Họ Vin “hạ nhiệt”, VN Index mất gần 15 điểm

VN Index có lúc đã thủng mốc 1.860 điểm khi áp lực bán gia tăng về cuối phiên. Thanh khoản thấp và cú giảm của VIC, VHM khiến thị trường chấm dứt chuỗi tăng ba phiên liên tiếp.
Hai trường đại học kỹ thuật đầu ngành hợp tác thúc đẩy đổi mới giáo dục toàn diện

Hai trường đại học kỹ thuật đầu ngành hợp tác thúc đẩy đổi mới giáo dục toàn diện

Sáng 25/6, lãnh đạo Đại học Bách khoa Hà Nội và đại diện Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng có buổi làm việc, nhằm thúc đẩy hợp tác phát triển khoa học công nghệ, chuyển đổi số, đào tạo nhân lực chất lượng cao trong thời gian tới.
Bộ GDĐT đẩy mạnh hoàn thiện thể chế, phát triển dữ liệu và các nền tảng số dùng chung

Bộ GDĐT đẩy mạnh hoàn thiện thể chế, phát triển dữ liệu và các nền tảng số dùng chung

Ngày 24/6, tại trụ sở Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GDĐT), diễn ra Phiên họp thứ nhất Ban Chỉ đạo của Bộ GDĐT về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo, chuyển đổi số và Đề án 06. Bộ trưởng Hoàng Minh Sơn, Trưởng Ban Chỉ đạo chủ trì phiên họp.
Từ tự động hóa đến Smart Factory: Lộ trình mới của ngành điện tử Việt Nam

Từ tự động hóa đến Smart Factory: Lộ trình mới của ngành điện tử Việt Nam

Ngày 3/7 tới đây, Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) sẽ tổ chức Diễn đàn “Chuyển đổi số và sản xuất thông minh ngành điện tử Việt Nam: Từ tự động hóa đến nhà máy thông minh trong kỷ nguyên AI” tại Trung tâm Triển lãm Việt Nam (VEC), Đông Anh, Hà Nội. Sự kiện được kỳ vọng trở thành diễn đàn kết nối các cơ quan quản lý, doanh nghiệp, hiệp hội và chuyên gia công nghệ nhằm thúc đẩy quá trình chuyển đổi số trong ngành điện tử Việt Nam.
ProPak Hanoi 2026 mở ra sân chơi công nghệ mới cho doanh nghiệp sản xuất

ProPak Hanoi 2026 mở ra sân chơi công nghệ mới cho doanh nghiệp sản xuất

Lần đầu tiên được tổ chức tại Hà Nội, ProPak Hanoi 2026 không chỉ là một triển lãm về công nghệ chế biến và đóng gói, mà còn được kỳ vọng trở thành trung tâm kết nối các giải pháp tự động hóa, chuyển đổi số và nhà máy thông minh cho cộng đồng doanh nghiệp miền Bắc. Sự kiện đánh dấu bước đi chiến lược của Informa Markets Việt Nam trong bối cảnh khu vực phía Bắc đang nổi lên là cực tăng trưởng công nghiệp mới của cả nước.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/6/2026: Tuổi Tỵ công danh rộng mở, tuổi Tuất cẩn trọng thị phi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/6/2026: Tuổi Tỵ công danh rộng mở, tuổi Tuất cẩn trọng 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 26/6/2026 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