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
Tin bài khác
Khởi động Cuộc thi Hackathon quốc tế về tính toán lượng tử

Khởi động Cuộc thi Hackathon quốc tế về tính toán lượng tử

Cuộc thi Hackathon Quốc tế về Tính toán Lượng tử (QC4SG 2026) chính thức khởi động ngày 10/2, mở ra sân chơi công nghệ quy mô quốc tế, đồng thời thể hiện quyết tâm của Việt Nam trong việc tham gia sâu hơn vào chuỗi giá trị công nghệ lượng tử toàn cầu và phát triển hệ sinh thái deep tech trong nước.
Điều khiển thích nghi bền vững không đệ quy mới trong nâng/hạ tải của hệ thống cầu trục con lắc đơn hai chiều

Điều khiển thích nghi bền vững không đệ quy mới trong nâng/hạ tải của hệ thống cầu trục con lắc đơn hai chiều

Trong bài báo này tác giả xem xét thiết kế bộ điều khiển thích nghi bền vững không đệ quy cho hệ thống cầu trục con lắc đơn trong không gian hai chiều với chiều dài dây cáp thay đổi, để ngăn chặn dao động của tải trọng trong quá trình nâng và vận chuyển, đồng thời theo dõi quỹ đạo của tải trọng trong điều kiện các tham số của hệ thống là bất định, chịu tác động của nhiễu ngoài.
Nhận định phiên giao dịch ngày 12/2: Mở vị thế mua khi thị trường chung có nhịp điều chỉnh

Nhận định phiên giao dịch ngày 12/2: Mở vị thế mua khi thị trường chung có nhịp điều chỉnh

Sau phiên tăng mạnh nhất trong vòng một tháng, thị trường được đánh giá đã xác lập vùng đáy ngắn hạn quanh 1.740 điểm. Tuy nhiên, trong bối cảnh thanh khoản chưa thực sự bùng nổ và khả năng rung lắc vẫn hiện hữu, nhà đầu tư được khuyến nghị ưu tiên mở vị thế mua khi chỉ số có nhịp điều chỉnh để đảm bảo điểm vào an toàn hơn.
Chia sẻ công suất cho các bộ nghịch lưu mắc song song điều khiển bởi bộ dao động ảo Andronov-Hopf

Chia sẻ công suất cho các bộ nghịch lưu mắc song song điều khiển bởi bộ dao động ảo Andronov-Hopf

Bài báo đề xuất cấu trúc điều khiển phân tán cho hai bộ nghịch lưu nguồn áp một pha hoạt động song song trong microgrid độc lập, không yêu cầu truyền thông.
Các trường đại học muốn mở rộng quy mô tuyển sinh phải tăng tỷ lệ giảng viên trình độ Tiến sĩ

Các trường đại học muốn mở rộng quy mô tuyển sinh phải tăng tỷ lệ giảng viên trình độ Tiến sĩ

Bộ GDĐT vừa có dự thảo quy định mới về tuyển sinh lấy giảng viên trình độ tiến sĩ làm mốc chuẩn; bổ sung ràng buộc về tỷ lệ việc làm sau tốt nghiệp và diện tích sàn đào tạo. Theo dự thảo, có thể nhiều trường đại học có thể buộc phải thu hẹp quy mô tuyển sinh.
TP.HCM ra mắt Trung tâm Tài chính Quốc tế Việt Nam - kết nối dòng vốn toàn cầu phát triển kinh tế

TP.HCM ra mắt Trung tâm Tài chính Quốc tế Việt Nam - kết nối dòng vốn toàn cầu phát triển kinh tế

Sáng ngày 11/02/2026, Ủy ban Nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh (UBND TP.HCM) đã long trọng tổ chức Lễ ra mắt Trung tâm Tài chính Quốc tế Việt Nam tại TP.HCM (VIFC-HCMC). Sự kiện đánh dấu thời điểm Trung tâm chính thức đi vào vận hành, mở ra một giai đoạn phát triển mới trong tiến trình hội nhập tài chính quốc tế của Việt Nam.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/2/2026: Tuổi Tý một ngày dư dả, tuổi Dần gặp khó khăn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/2/2026: Tuổi Tý một ngày dư dả, tuổi Dần gặp 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 12/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 11/2: VN Index bật tăng gần 43 điểm, sắc xanh lan tỏa toàn thị trường

Thị trường chứng khoán ngày 11/2: VN Index bật tăng gần 43 điểm, sắc xanh lan tỏa toàn thị trường

Sau chuỗi điều chỉnh kéo dài từ vùng 1.900 điểm, thị trường đã có một phiên hồi phục rất mạnh. VN Index đóng cửa gần mức cao nhất phiên, dòng tiền cải thiện rõ rệt và khối ngoại mua ròng gần 2,1 nghìn tỷ đồng, tạo điểm tựa tâm lý đáng kể cho nhà đầu tư.
Nghiên cứu điều khiển nghịch lưu hình T cải tiến sử dụng van RB-IGBT giả lập đặc tính máy phát điện đồng bộ

Nghiên cứu điều khiển nghịch lưu hình T cải tiến sử dụng van RB-IGBT giả lập đặc tính máy phát điện đồng bộ

Bài báo đề xuất một mô hình điều khiển cho bộ nghịch lưu hình T cải tiến sử dụng van RB-IGBT giả lập đặc tính vận hành của máy phát điện đồng bộ (VSG-T).
Cùng THE FIFTH WISH “Thắp Nụ Cười Xuân” tới các em nhỏ điểm Trường Làng Nủ

Cùng THE FIFTH WISH “Thắp Nụ Cười Xuân” tới các em nhỏ điểm Trường Làng Nủ

Mỗi độ Xuân về, khi niềm vui đoàn viên lan tỏa khắp mọi nẻo đường, vẫn còn đó những ánh mắt trẻ thơ thiếu vắng vòng tay cha mẹ, lặng lẽ đón Tết trong những hoàn cảnh nhiều thiệt thòi. Thấu hiểu và sẻ chia với những mảnh đời kém may mắn ấy, chương trình “Thắp Nụ Cười Xuân” thuộc dự án THE FIFTH WISH - Điều Ước Thứ Năm đã được triển khai như một lời nhắn nhủ đầy yêu thương: “Xuân không chỉ là thời khắc của đất trời, mà còn là mùa của hy vọng và niềm tin”.
song-gia-tri