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
tan-hoang-minh
Tin bài khác
Giải mã xe điện Honda UC3: Động lực công nghệ nào để cạnh tranh VinFast

Giải mã xe điện Honda UC3: Động lực công nghệ nào để cạnh tranh VinFast

Việc nội địa hóa dây chuyền sản xuất xe điện UC3 đánh dấu bước ngoặt của Honda trên đường đua phương tiện không phát thải tại Việt Nam. Song, trước áp lực tối ưu nền tảng công nghệ và hạ tầng năng lượng liên tục từ các đối thủ, bước đi chiến lược này liệu có đủ sức tạo nên cuộc lật đổ về mặt thị phần?
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/8/2026: Tuổi Tỵ đón cơ hội tài lộc, tuổi Dậu cần tránh chủ quan

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/8/2026: Tuổi Tỵ đón cơ hội tài lộc, tuổi Dậu cần tránh chủ quan

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 10/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Trường Đại học Bách khoa TP HCM: ngành mới Kỹ thuật bán dẫn lấy điểm chuẩn cao nhất

Trường Đại học Bách khoa TP HCM: ngành mới Kỹ thuật bán dẫn lấy điểm chuẩn cao nhất

Trưa 9/8, trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia TP HCM, công bố điểm chuẩn năm 2026. Đây là điểm xét tuyển theo phương thức tổng hợp, bao gồm điểm cộng, ưu tiên nếu có.
Điểm chuẩn Bách khoa Hà Nội 2026: Ngành Tự động hóa tăng 0.5 điểm

Điểm chuẩn Bách khoa Hà Nội 2026: Ngành Tự động hóa tăng 0.5 điểm

Đại học Bách khoa Hà Nội, trường đại học kỹ thuật hàng đầu cả nước đã công bố điểm chuẩn năm 2026.
Học viện Ngân hàng và Học viện Hậu cần công bố điểm chuẩn 2026

Học viện Ngân hàng và Học viện Hậu cần công bố điểm chuẩn 2026

Nhiều trường đại học công bố điểm chuẩn từ 10h-11h ngày 9/8, ngay sau khi kết thúc 6 vòng lọc ảo của Bộ Giáo dục và Đào tạo.
Họp báo công bố và chính thức mở màn Vòng sơ khảo Miss Galaxy Việt Nam 2026: Đỉnh cao nhan sắc trong kỷ nguyên số

Họp báo công bố và chính thức mở màn Vòng sơ khảo Miss Galaxy Việt Nam 2026: Đỉnh cao nhan sắc trong kỷ nguyên số

Buổi họp báo công bố và mở màn Vòng sơ khảo cuộc thi Miss Galaxy Việt Nam 2026 đã diễn ra thành công rực rỡ. Sự kiện đánh dấu sự khởi đầu của một đấu trường nhan sắc quy mô, khác biệt và tiên phong – nơi tôn vinh vẻ đẹp thời đại mới kết hợp giữa Tri thức, Bản lĩnh, Văn hóa và Công nghệ số
Low-Code trong sản xuất: Trao quyền cho kỹ sư hay tạo ra "quả bom nợ kỹ thuật" tiếp theo?

Low-Code trong sản xuất: Trao quyền cho kỹ sư hay tạo ra "quả bom nợ kỹ thuật" tiếp theo?

Các nền tảng phát triển ứng dụng low-code/no-code đang tạo ra làn sóng mới trong ngành sản xuất khi cho phép kỹ sư hiện trường, chuyên gia quy trình hay quản đốc dây chuyền tự xây dựng các ứng dụng phục vụ vận hành mà không cần phụ thuộc hoàn toàn vào bộ phận CNTT. Từ bảng điều khiển OEE, ứng dụng hướng dẫn công việc đến hệ thống theo dõi sản xuất theo thời gian thực, thời gian phát triển đã được rút ngắn từ nhiều tháng xuống chỉ còn vài ngày hoặc thậm chí vài giờ.
ChatGPT sẽ không giới hạn trò chuyện văn bản với người dùng

ChatGPT sẽ không giới hạn trò chuyện văn bản với người dùng

OpenAI cho biết, từ ngày 8/8, người dùng miễn phí và gói Go có thể trò chuyện văn bản thoải mái với ChatGPT, đồng thời nâng cấp các mô hình mặc định. Tuy nhiên, việc tạo hình ảnh, tải lên tệp và sử dụng công cụ giọng nói trong chatbot vẫn sẽ bị hạn chế.
SUN GROUP và mô hình kiến tạo "điểm đến"

SUN GROUP và mô hình kiến tạo "điểm đến"

Một vùng đất có thể mang trong mình núi cao, biển rộng và những lớp trầm tích văn hóa lâu đời, nhưng vẫn chỉ là tiềm năng nếu con đường đến đó khó khăn, trải nghiệm nghèo nàn và chưa tạo được lý do đủ hấp dẫn để người ta đặt vé lên đường. Nếu bạn không chỉ là một du khách mà còn là một nhà quan sát, hành trình của Sun Group những năm qua gợi ra một câu hỏi lớn hơn những công trình - doanh nghiệp có thể tham gia kiến tạo vận mệnh kinh tế của một “điểm đến” tới mức độ nào?
BSR xuất bán lô Diesel sinh học B5 đầu tiên sau thử nghiệm B100

BSR xuất bán lô Diesel sinh học B5 đầu tiên sau thử nghiệm B100

Sau quá trình nghiên cứu, thử nghiệm với nhiên liệu sinh học B100, Tổng công ty Lọc hóa dầu Việt Nam (BSR) đã phối trộn thành công Diesel sinh học B5 và B10, đồng thời xuất bán gần 45 m³ sản phẩm B5 cho hai khách hàng, đánh dấu bước tiến mới trong quá trình phát triển và thương mại hóa nhiên liệu xanh.
song-gia-tri