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
vcca2026
Tin bài khác
[E-Magazine] Quyền sở hữu công nghệ - “Mạch máu vô hình của thế kỷ”

[E-Magazine] Quyền sở hữu công nghệ - “Mạch máu vô hình của thế kỷ”

Trong thời đại mà những công nghệ cốt lõi như AI, bán dẫn, năng lượng mới, sinh học và không gian số cùng hội tụ, quyền lực toàn cầu không còn chỉ được quyết định bởi tài nguyên hay quân đội. Nó dịch chuyển âm thầm sang một dạng quyền lực vô hình hơn: bằng sáng chế, tiêu chuẩn kỹ thuật và hệ thống sở hữu trí tuệ (Intellectual Property - IP). Quốc gia nào nắm được “lõi tri thức” ấy, quốc gia đó không chỉ sản xuất sản phẩm, mà còn thu “địa tô công nghệ” từ toàn bộ chuỗi giá trị toàn cầu.
Công nghệ len lỏi vào cuộc sống qua robot pha cà phê & AI chọn hoa

Công nghệ len lỏi vào cuộc sống qua robot pha cà phê & AI chọn hoa

Thời gian gần đây, thông tin về một quán cà phê ‘không người pha’ gần đầu cầu Sài Gòn có tên Blooms and Brews by Ellum Saigon đã thu hút sự quan tâm của cộng đồng mạng. Nghe thì có vẻ rất ‘tương lai’, nhưng liệu đây là một bước tiến về dịch vụ hay là một hình thức marketing mới lạ?
Trung tâm Design Factory đầu tiên tại Việt Nam được xây dựng theo chuẩn quốc tế

Trung tâm Design Factory đầu tiên tại Việt Nam được xây dựng theo chuẩn quốc tế

Chiều 27/6, Đại học Bách khoa Hà Nội ra mắt Không gian Đổi mới sáng tạo liên ngành (Interdisciplinary Design Factory) - trung tâm "Design Factory" đầu tiên tại Việt Nam được xây dựng theo chuẩn quốc tế.
Doanh nghiệp Hà Nội hướng công nghiệp chủ lực vào chuỗi giá trị toàn cầu

Doanh nghiệp Hà Nội hướng công nghiệp chủ lực vào chuỗi giá trị toàn cầu

Hội Doanh nghiệp sản xuất sản phẩm công nghiệp chủ lực TP. Hà Nội (HAMI) vừa tổ chức thành công Đại hội lần thứ II với chủ đề “Gắn kết tiên phong, kiến tạo hệ sinh thái sản xuất thông minh và phát triển xanh”, hướng các doanh nghiệp chủ lực vào phát triển chuỗi giá trị toàn cầu.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/6/2026: Tuổi Sửu tài lộc khởi sắc, tuổi Tỵ cẩn trọng quyết định lớn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/6/2026: Tuổi Sửu tài lộc khởi sắc, tuổi Tỵ cẩn trọng quyết định lớn

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 29/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Tác phẩm báo chí sử dụng AI phải gắn nhãn

Tác phẩm báo chí sử dụng AI phải gắn nhãn

Chính phủ ban hành Nghị định số 237/2026/NĐ-CP quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Báo chí. Nghị định quy định cơ quan báo chí phải gắn nhãn đối với văn bản, hình ảnh, âm thanh, video được tạo ra hoặc chỉnh sửa bằng hệ thống trí tuệ nhân tạo.
Doanh nghiệp cùng các nhà khoa học thảo luận về ứng dụng tự động hóa tiên tiến trong biến đổi và truyền tải điện năng

Doanh nghiệp cùng các nhà khoa học thảo luận về ứng dụng tự động hóa tiên tiến trong biến đổi và truyền tải điện năng

Hiện nay, vấn đề phát triển và vận hành hệ thống điện có kết nối nhiều dạng nguồn vào lưới đặt ra rất nhiều thách thức cho tính ổn định, chia sẻ nguồn, dự báo, chỉ tiêu chất lượng điện năng, tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm tài chính, an ninh năng lượng trong nước và các nước xung quanh,…
Cần xây dựng hệ sinh thái đổi mới sáng tạo trong ngành ngũ kim và dụng cụ phụ trợ

Cần xây dựng hệ sinh thái đổi mới sáng tạo trong ngành ngũ kim và dụng cụ phụ trợ

Ngành ngũ kim và dụng cụ phụ trợ có đặc điểm nổi bật: Sản phẩm thường nhỏ, đơn giá không cao, nhưng lại thâm nhập sâu vào hàng loạt chuỗi giá trị khác nhau từ xây dựng, nội thất, cơ khí, điện - điện tử, bảo trì công nghiệp, sản xuất thiết bị, thương mại và xuất khẩu. Do đó, nếu ngành này cải tiến thiết kế, chuẩn hóa, số hóa, vật liệu và quy trình tốt hơn, tác động lan tỏa sẽ rất lớn, từ đó nâng cao năng lực sản xuất và cạnh tranh tổng thể cho nền kinh tế Việt Nam.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: SHB được vinh danh với giải pháp tài chính dành cho tiểu thương xuất sắc

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: SHB được vinh danh với giải pháp tài chính dành cho tiểu thương xuất sắc

Tuần qua đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh: MB cung cấp dịch vụ đổi ngoại tệ mặt hợp pháp cho nhu cầu du lịch; SHB được vinh danh với giải pháp tài chính dành cho tiểu thương xuất sắc; MB cung cấp dịch vụ đổi ngoại tệ mặt hợp pháp...
Sử dụng trí tuệ nhân tạo để tăng hiệu quả năng lượng trong các hệ thống truyền động công nghiệp

Sử dụng trí tuệ nhân tạo để tăng hiệu quả năng lượng trong các hệ thống truyền động công nghiệp

Một dự án nghiên cứu mới tại Áo đang khai thác sức mạnh của trí tuệ nhân tạo (AI) để nâng cao hiệu quả năng lượng cho các hệ thống truyền động công nghiệp, hứa hẹn mang lại bước tiến đáng kể cho lĩnh vực tự động hóa sản xuất.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc