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
nam-moi
Tin bài khác
Chùa Thắng Nghiêm Quốc Tự - "tọa độ" tâm linh mới của đầu xuân 2026

Chùa Thắng Nghiêm Quốc Tự - "tọa độ" tâm linh mới của đầu xuân 2026

Chỉ mới xuất hiện trong danh sách các địa điểm check-in đẹp đầu năm 2026, Chùa Thắng Nghiêm Quốc Tự (Mật Viện Thắng Nghiêm) đã nhanh chóng thu hút đông đảo du khách bởi không gian cổ kính, kiến trúc đậm dấu ấn Phật giáo truyền thống và bề dày lịch sử hơn một thiên niên kỷ gắn liền với vùng đất Khúc Thủy bên dòng sông Nhuệ.
Khí chất tuổi Ngọ trong hành trình chuyển đổi số ngành vận tải Việt

Khí chất tuổi Ngọ trong hành trình chuyển đổi số ngành vận tải Việt

Giữa dòng chảy chuyển đổi số đang cuốn qua hầu hết các lĩnh vực kinh tế, vận tải hàng hóa Việt Nam vẫn là một ngành đặc thù: phân mảnh, phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm cá nhân và thiếu kết nối dữ liệu. Trong bức tranh ấy, hành trình của Nguyễn Anh Tuấn - CEO nền tảng gọi xe tải Việt VTGO không chỉ là câu chuyện khởi nghiệp công nghệ, mà còn là nỗ lực bền bỉ đưa tư duy hệ thống và tự động hóa vào một ngành vốn quen vận hành bằng “thói quen”. Ở đó, tinh thần của người tuổi Ngọ - không đứng yên, không bỏ cuộc trở thành sợi chỉ đỏ xuyên suốt.
Kỳ 1: Khi chiến lược khoa học & công nghệ bước ra khỏi văn kiện

Kỳ 1: Khi chiến lược khoa học & công nghệ bước ra khỏi văn kiện

Trong hơn hai thập niên qua, khoa học & công nghệ (KHCN) và đổi mới sáng tạo luôn được đặt ở vị trí trung tâm trong các chiến lược phát triển của Việt Nam. Từ các nghị quyết của Đảng, chiến lược quốc gia, cho đến chương trình hành động của Chính phủ, thông điệp xuyên suốt là nhất quán - KHCN phải trở thành động lực then chốt của tăng trưởng, năng suất và năng lực cạnh tranh quốc gia.
Hà Nội triển khai nhiều phương án giao thông, bố trí các bãi trông giữ xe miễn phí

Hà Nội triển khai nhiều phương án giao thông, bố trí các bãi trông giữ xe miễn phí

Với mục tiêu để mọi người dân, du khách đến TP. Hà Nội tham quan, du lịch, du Xuân an toàn, văn minh; ngay từ trước Tết Nguyên đán, UBND TP. Hà Nội cùng các sở, ngành đã chủ động phối hợp khẩn trương thực hiện đồng bộ nhiều phương án, trong đó chú trọng điều tiết giao thông, bố trí các điểm trông giữ xe miễn phí tại các khu vực di tích tâm linh, trung tâm mua sắm, giải trí,…
Cập nhật điểm bắn pháo hoa các tỉnh thành trên toàn quốc

Cập nhật điểm bắn pháo hoa các tỉnh thành trên toàn quốc

Để người dân và du khách có thể theo dõi được các điểm bắn pháo hoa trên các tỉnh, thành toàn quốc. Tạp chí Tự động hóa Ngày nay đã tổng hợp các điểm bắn pháo hoa để người dân chủ động phương tiện giao thông, cung đường du Xuân, thưởng thức pháo hoa thuận tiện, an toàn.
Khi thể chế trở thành động cơ tăng trưởng

Khi thể chế trở thành động cơ tăng trưởng

Trước thềm xuân mới Bính Ngọ, bài viết “Tăng trưởng cao là sản phẩm của năng lực thiết kế thể chế” của Bộ trưởng Khoa học và Công nghệ không chỉ là một thông điệp chính sách, mà còn là lời hiệu triệu về một chuyển dịch tư duy. Đó không đơn thuần là lời kêu gọi tháo gỡ khó khăn, mà là sự thay đổi cách nhìn - chính những vấn đề của xã hội, nếu được tiếp cận bằng tri thức và công nghệ, sẽ trở thành nguồn phát sinh thị trường, ngành nghề và động lực tăng trưởng mới.
Tầm nhìn nơi đầu sóng ngọn gió

Tầm nhìn nơi đầu sóng ngọn gió

Việt Nam là đất nước có tiềm năng tài nguyên kinh tế biển đặc biệt, nằm bên bờ Tây của Biển Đông với bờ biển dài trên 3.260 km trải dài từ Bắc xuống Nam và cứ 100 km2 đất liền có 1 km bờ biển. Trong 34 tỉnh, thành phố của cả nước thì 21 tỉnh, thành phố có biển và gần một nửa dân số sinh sống tại các tỉnh, thành phố ven biển.
[E-Magazine] QR Code - Bản hòa tấu diệu kỳ của trí tuệ và công nghệ

[E-Magazine] QR Code - Bản hòa tấu diệu kỳ của trí tuệ và công nghệ

Trong kỷ nguyên số, một hình vuông nhỏ bé nhưng kỳ diệu đang lặng lẽ kết nối con người với thế giới, đó là QR code (mã phản hồi nhanh). Không chỉ là dấu ấn tiện ích, nó là minh chứng sống động cho sự giao thoa giữa trí tuệ nhân loại, thuật toán tinh vi và phần mềm hiện đại. Từ dây chuyền sản xuất ô tô Nhật Bản đến chiếc điện thoại trên tay mỗi người, QR code mở ra một bản giao hưởng nơi công nghệ trở thành ngôn ngữ phổ quát, nơi mỗi cú quét là một hành trình khám phá, vừa an toàn, vừa thi vị.
Tem Tết năm Ngọ 2026: Khi biểu tượng ngựa kết nối bản sắc văn hóa toàn cầu

Tem Tết năm Ngọ 2026: Khi biểu tượng ngựa kết nối bản sắc văn hóa toàn cầu

Mùa Tết năm Bính Ngọ 2026, nhiều quốc gia và vùng lãnh thổ đồng loạt phát hành các bộ tem đặc biệt lấy hình tượng ngựa làm chủ đạo. Mỗi thiết kế là một lát cắt văn hóa riêng, kết tinh giữa truyền thống và sáng tạo đương đại, gửi gắm khát vọng về may mắn, thịnh vượng và khởi đầu mới.
NMLD Dung Quất chạy vượt công suất 125%, bảo đảm nguồn xăng dầu Tết

NMLD Dung Quất chạy vượt công suất 125%, bảo đảm nguồn xăng dầu Tết

Trước dự báo nhu cầu xăng dầu tăng mạnh trong dịp Tết Nguyên đán Bính Ngọ 2026, Công ty cổ phần Lọc hóa dầu Bình Sơn (BSR) - đơn vị thành viên của Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam đã chủ động xây dựng các kịch bản vận hành linh hoạt, duy trì sản xuất an toàn, liên tục tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, nhằm bảo đảm nguồn cung ổn định cho thị trường trong nước.
song-gia-tri