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
Nền tảng thể chế và động lực mới cho khát vọng phát triển

Nền tảng thể chế và động lực mới cho khát vọng phát triển

Sáng 7/2, Bộ Chính trị, Ban Bí thư tổ chức Hội nghị toàn quốc nghiên cứu, học tập, quán triệt và triển khai thực hiện Nghị quyết Đại hội XIV. Hội nghị diễn ra trong cả ngày theo hình thức trực tiếp kết hợp trực tuyến, với điểm cầu trung tâm tại Hội trường Diên Hồng (Nhà Quốc hội), kết nối tới các tỉnh ủy, thành ủy, đảng ủy trực thuộc Trung ương, các ban, bộ, ngành và nhiều điểm cầu cơ sở.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/2/2026: Tuổi Dần dễ tranh cãi, tuổi Thân tín hiệu tích cực

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/2/2026: Tuổi Dần dễ tranh cãi, tuổi Thân tín hiệu tích cực

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 8/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Các hãng công nghệ đồng hành nâng cao năng lực thí sinh AMBA 2026

Các hãng công nghệ đồng hành nâng cao năng lực thí sinh AMBA 2026

“Năng lực thí sinh AMBA 2026 đồng đều và tốt hơn thí sinh mùa 1”, đó là nhận định chung của các thành viên Ban Giám khảo Cuộc thi Automation Machine Builder Award mùa 2 (AMBA 2026), trong phần thi vận hành robot của 10 đội tham gia Chung kết AMBA 2026.
Hội chợ Mùa Xuân 2026: Không gian hội tụ văn hóa truyền thống và trải nghiệm hiện đại

Hội chợ Mùa Xuân 2026: Không gian hội tụ văn hóa truyền thống và trải nghiệm hiện đại

Trong hai ngày cuối tuần 7-8/2, Trung tâm Triển lãm Việt Nam (VEC) trở thành điểm hẹn sôi động của người dân Thủ đô và du khách khi Hội chợ Mùa Xuân lần thứ nhất năm 2026 diễn ra với chuỗi hoạt động văn hóa - nghệ thuật - giải trí đặc sắc, kết hợp hài hòa giữa giá trị truyền thống và hơi thở đương đại.
Hơn 1,9 triệu đại biểu dự Hội nghị quán triệt Nghị quyết Đại hội XIV

Hơn 1,9 triệu đại biểu dự Hội nghị quán triệt Nghị quyết Đại hội XIV

Hội nghị toàn quốc nghiên cứu, học tập, quán triệt và triển khai thực hiện Nghị quyết Đại hội XIV của Đảng diễn ra vào sáng ngày 7/2. Tham dự Hội nghị có hơn 1.930.000 đại biểu.
HAuA và Hội Cơ khí Tự động hóa Cần Thơ hợp tác tổ chức Triển lãm về tự động hóa nông nghiệp

HAuA và Hội Cơ khí Tự động hóa Cần Thơ hợp tác tổ chức Triển lãm về tự động hóa nông nghiệp

Chiều 6/2/2026, Hội Tự động hóa TP.HCM và Hội Cơ khí Tự động hóa Cần Thơ đã có buổi làm việc nhằm trao đổi kế hoạch phối hợp tổ chức Hội thảo & Triển lãm “Ứng dụng công nghệ Tự động hóa trong lĩnh vực Nông nghiệp”, hướng tới thúc đẩy chuyển giao công nghệ, đặc biệt trong nuôi trồng thủy sản và sản xuất nông nghiệp thông minh tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.
Mùi mùa xuân - Hương ngày Tết

Mùi mùa xuân - Hương ngày Tết

Giữa phố vắng cuối năm, chỉ một thoáng mùi lá non, mùi trầm lẫn khói gỗ cũng đủ đánh thức miền ký ức cũ. Mùa xuân đến rất khẽ, không bằng sắc hoa rực rỡ, mà bằng những hương quen thuộc len lỏi trong ngõ nhỏ, khiến người đi xa bỗng chạm vào Tết và nỗi nhớ nhà lúc nào không hay.
Nghiên cứu tính chọn phần tử thụ động của mô-đun trung tính điều khiển độc lập trong bộ biến đổi ba pha bốn dây cho ứng dụng V2H

Nghiên cứu tính chọn phần tử thụ động của mô-đun trung tính điều khiển độc lập trong bộ biến đổi ba pha bốn dây cho ứng dụng V2H

Bài báo này chỉ ra phương pháp lựa chọn phần tử thụ động của mô đun trung tính điều khiển độc lập (independently controlled neutral module - ICNM) trong bộ biến đổi ba pha bốn dây ứng dụng cho các hệ thống Vehicle-to-Home (V2H).
Viettel tiên phong vận hành siêu máy tính NVIDIA

Viettel tiên phong vận hành siêu máy tính NVIDIA

Ngày 6/2, Tập đoàn Công nghiệp - Viễn thông Quân đội (Viettel) chính thức đưa vào vận hành hệ thống siêu máy tính NVIDIA DGX B200 đầu tiên do Việt Nam sở hữu. Đây là nền tảng hạ tầng tính toán hiệu năng cao hiện đại nhất thế giới, phục vụ nghiên cứu và phát triển các mô hình trí tuệ nhân tạo (AI) thế hệ mới.
AMBA mùa 2 kiến tạo giá trị nhân lực chất lượng cao lĩnh vực tự động hóa và sản xuất công nghiệp

AMBA mùa 2 kiến tạo giá trị nhân lực chất lượng cao lĩnh vực tự động hóa và sản xuất công nghiệp

Chiều 6/2, cuộc thi Chung kết Automation Machine Builder Award mùa 2 (AMBA 2026) diễn ra tại Hà Nội, khép lại hành trình hơn ba tháng học tập, đào tạo và trải nghiệm thực tế của sinh viên kỹ thuật lĩnh vực tự động hóa và sản xuất công nghiệp trên toàn quốc.
song-gia-tri