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
Tin bài khác
Lo ngại khi hợp tác đầu tư điện mặt trời tại khu công nghiệp

Lo ngại khi hợp tác đầu tư điện mặt trời tại khu công nghiệp

Việc các nhà đầu tư cùng doanh nghiệp hợp tác phát triển hệ thống điện mặt trời là hướng đi phù hợp với nhu cầu thực tế của doanh nghiệp. Tuy nhiên, mô hình này vẫn tiềm ẩn một số rủi ro liên quan đến chính sách, tài chính và doanh thu, đòi hỏi các bên phải cân nhắc kỹ lưỡng khi triển khai.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/11/2025: Tuổi Dậu thành tích khả quan, tuổi Tỵ đấu đá cạnh tranh

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/11/2025: Tuổi Dậu thành tích khả quan, tuổi Tỵ đấu đá cạnh tranh

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 29/11/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 28/11: Một mình họ nhà Vin “cân” chỉ số

Thị trường chứng khoán ngày 28/11: Một mình họ nhà Vin “cân” chỉ số

Dù độ rộng tiêu cực khi số mã giảm gấp rưỡi số mã tăng, VN Index vẫn giữ được sắc xanh nhờ lực kéo mạnh từ nhóm Vin và một số mã trụ khác. Trong đó, riêng VIC +5% đã mang về tới 10,74 điểm.
Sắp diễn ra Diễn đàn Chuyển đổi số ngành Công Thương 2025: Tập trung thúc đẩy chuyển đổi kép - Số hóa chuỗi cung ứng

Sắp diễn ra Diễn đàn Chuyển đổi số ngành Công Thương 2025: Tập trung thúc đẩy chuyển đổi kép - Số hóa chuỗi cung ứng

Ngày 03/12/2025, tại Hà Nội, Cục Thương mại điện tử và Kinh tế số (Bộ Công Thương) phối hợp với các đơn vị liên quan sẽ tổ chức Diễn đàn Chuyển đổi số ngành Công Thương 2025 - sự kiện thường niên quy mô lớn nhằm đánh giá tiến trình chuyển đổi số toàn ngành và định vị các ưu tiên chiến lược cho giai đoạn 2025-2030.
Hội Tự động hóa Thành phố Hồ Chí Minh kỷ niệm 30 năm thành lập

Hội Tự động hóa Thành phố Hồ Chí Minh kỷ niệm 30 năm thành lập

Ngày 27/11/2025, tại TP. Hồ Chí Minh đã diễn ra Lễ kỷ niệm 30 năm thành lập Hội Tự động hóa Thành phố Hồ Chí Minh-HAuA (1995 - 2025) và Ngày hội Tự động hóa 2025.
Thiết bị đeo “cầu nối" người và máy giúp ngành sản xuất vượt khủng hoảng lao động

Thiết bị đeo “cầu nối" người và máy giúp ngành sản xuất vượt khủng hoảng lao động

Năm 2025 khép lại với nhiều biến động làm rung chuyển ngành sản xuất Mỹ: suy thoái, bất ổn thương mại và chi phí leo thang. Báo cáo Triển vọng ngành sản xuất 2026 của Deloitte dự đoán sự bất định này sẽ tiếp tục kéo dài. Tuy nhiên, nỗi lo lớn nhất của các lãnh đạo nhà máy không chỉ là chính sách hay thị trường, mà là bài toán nhân lực.
Quản lý rủi ro trong tài trợ và thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ

Quản lý rủi ro trong tài trợ và thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ

Từ việc phân loại rủi ro theo tính mới, độ phức tạp và khả năng kiểm chứng, đến giám sát nhiệm vụ khoa học và công nghệ theo vòng đời dự án, cơ chế này sẽ giúp bảo vệ được ngân sách, bảo vệ nhà khoa học và mở đường cho những đột phá mà xã hội kỳ vọng.
Công nghệ mở đường cho sử dụng năng lượng hiệu quả và chuyển đổi xanh tại Việt Nam

Công nghệ mở đường cho sử dụng năng lượng hiệu quả và chuyển đổi xanh tại Việt Nam

Trong khuôn khổ Hội chợ Triển lãm Thiết bị tiết kiệm năng lượng và Chuyển đổi xanh 2025, chiều 27/11, Cục Đổi mới sáng tạo, Chuyển đổi xanh và Khuyến công (Bộ Công Thương) đã tổ chức Hội thảo chuyên đề “Công nghệ sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả”. Đây là một trong những hoạt động chuyên môn quan trọng của chuỗi sự kiện năm nay, thu hút sự tham gia của đại diện cơ quan quản lý, chuyên gia, doanh nghiệp và giới khoa học.
Thị trường chứng khoán ngày 27/11: Chưa thể thách thức mốc 1.700 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 27/11: Chưa thể thách thức mốc 1.700 điểm

Sau khi tiến về vùng 1.700 điểm, VN Index bất ngờ hạ nhiệt mạnh vào buổi chiều, tạo tín hiệu suy yếu trước vùng cản mạnh. Dòng tiền thận trọng, thị trường phân hóa có thể báo hiệu một nhịp điều chỉnh nhẹ.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/11/2025: Tuổi Sửu điềm báo thị phi, tuổi Ngọ khởi sắc hơn hẳn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/11/2025: Tuổi Sửu điềm báo thị phi, tuổi Ngọ khởi sắc hơn hẳn

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 28/11/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
song-gia-tri