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
dai-hoi-dang
Tin bài khác
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/1/2026: Tuổi Sửu tài lộc suy giảm, tuổi Thân kinh doanh thuận lợi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/1/2026: Tuổi Sửu tài lộc suy giảm, tuổi Thân kinh doanh thuận lợi

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 28/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 27/1: Nhóm dầu khí bùng nổ nhưng nhóm Vin kéo chỉ số lùi sâu

Thị trường chứng khoán ngày 27/1: Nhóm dầu khí bùng nổ nhưng nhóm Vin kéo chỉ số lùi sâu

Thị trường tiếp tục chứng kiến hiện tượng rung lắc và phân hóa mạnh. Dù số mã tăng vẫn áp đảo nhờ nhóm dầu khí bứt phá, VN Index vẫn giảm điểm và xuyên thủng hỗ trợ MA20 do áp lực từ nhóm cổ phiếu họ Vin và một số trụ lớn.
Metro hiện đại: Góc nhìn từ hệ thống điều khiển và SCADA

Metro hiện đại: Góc nhìn từ hệ thống điều khiển và SCADA

Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh, hệ thống giao thông đường sắt đô thị ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu di chuyển khối lượng lớn tại các thành phố lớn. Trên phạm vi toàn cầu, hiện nay có khoảng 178 thành phố tại 56 quốc gia đang vận hành hệ thống Metro với hơn 640 tuyến, tổng chiều dài vượt 14.000 km. Từ năm 2000 đến nay, hơn 75 hệ thống Metro mới đã được đưa vào khai thác, cho thấy xu hướng phát triển mạnh mẽ của loại hình giao thông này.
Công ty Cổ phần Nhiệt điện Hải Phòng: Nỗ lực vượt khó năm 2025, kiên định mục tiêu bảo đảm an ninh năng lượng năm 2026

Công ty Cổ phần Nhiệt điện Hải Phòng: Nỗ lực vượt khó năm 2025, kiên định mục tiêu bảo đảm an ninh năng lượng năm 2026

Năm 2025 được đánh giá là một trong những năm khó khăn nhất đối với các doanh nghiệp nhiệt điện than trong nhiều năm trở lại đây. Huy động hệ thống điện ở mức thấp, giá điện thị trường cạnh tranh giảm, chi phí vật tư – nhiên liệu biến động mạnh cùng yêu cầu ngày càng cao về môi trường đã tạo ra sức ép lớn đối với hoạt động sản xuất kinh doanh. Trong bối cảnh đó, Công ty Cổ phần Nhiệt điện Hải Phòng (NĐHP) đã nỗ lực vượt khó, duy trì vận hành an toàn, ổn định, giữ vững hiệu quả tài chính và tạo nền tảng quan trọng để hướng tới mục tiêu bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia trong năm 2026.
9 đội “thực chiến” mạnh nhất đã sẵn sàng cho vòng thi Chung kết AMBA 2026

9 đội “thực chiến” mạnh nhất đã sẵn sàng cho vòng thi Chung kết AMBA 2026

Cuộc thi Automation Machine Builder Award 2026 (AMBA 2026) do Công ty Cổ phần Giải pháp Tự động hóa ETEK tổ chức thu hút được 62 đội thi, với hơn 300 sinh viên đến từ 27 trường đại học, cao đẳng trên cả nước. Qua 2 vòng thi Sơ loại và Vòng 2, 9 đội "thực chiến" mạnh nhất được lựa chọn tranh tài ở Chung kết AMBA vào 6/2/2026.
Bộ Khoa học và Công nghệ ra mắt bộ tem Tết Bính Ngọ 2026 đậm sắc xuân

Bộ Khoa học và Công nghệ ra mắt bộ tem Tết Bính Ngọ 2026 đậm sắc xuân

Nhân dịp Tết Nguyên đán Bính Ngọ 2026, Bộ Khoa học và Công nghệ phát hành bộ tem “Tết Bính Ngọ” gồm 2 mẫu tem và 1 blốc tem, mang đậm phong cách dân gian đương đại, gửi gắm thông điệp may mắn, khởi sắc và thành công trong năm mới.
Nhận định phiên giao dịch 27/1: Tìm kiếm cơ hội ở nhóm cổ phiếu tạo nền giá sâu

Nhận định phiên giao dịch 27/1: Tìm kiếm cơ hội ở nhóm cổ phiếu tạo nền giá sâu

Sau chuỗi 5 phiên điều chỉnh liên tiếp, dòng tiền có xu hướng rà soát lại các cổ phiếu đã tạo nền giá sâu và giữ được nhịp tích lũy, tạo kỳ vọng cho nhà đầu tư tìm kiếm cơ hội trong bối cảnh thị trường rung lắc và phân hóa mạnh.
Oppo Find X9 Ultra lộ diện: Flagship camera phone 2026 với thiết kế táo bạo, pin 7.300mAh

Oppo Find X9 Ultra lộ diện: Flagship camera phone 2026 với thiết kế táo bạo, pin 7.300mAh

Những hình ảnh rò rỉ mới nhất cho thấy Oppo Find X9 Ultra đang sẵn sàng khuấy đảo phân khúc flagship khi sở hữu thiết kế mặt lưng độc đáo, cụm camera “khủng” cùng cấu hình phần cứng vượt trội. Mẫu máy này được kỳ vọng sẽ trở thành một trong những smartphone nhiếp ảnh đáng chú ý nhất năm 2026.
Đưa AI trở thành nền tảng vận hành cốt lõi của doanh nghiệp

Đưa AI trở thành nền tảng vận hành cốt lõi của doanh nghiệp

Trí tuệ nhân tạo (AI) đang trở thành năng lực cốt lõi của nền kinh tế số. Tuy nhiên, trên thực tế, nhiều doanh nghiệp vẫn tiếp cận AI theo cách manh mún, chủ yếu ứng dụng ở một số khâu riêng lẻ. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết phải chuyển từ “ứng dụng AI” sang “chuyển đổi AI” một cách toàn diện, bài bản và bền vững.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/11/2026: Tuổi Sửu không may mắn, tuổi Tỵ  quý nhân phù trợ

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/11/2026: Tuổi Sửu không may mắn, tuổi Tỵ quý nhân phù trợ

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 26/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
song-gia-tri