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
Ba yếu tố quyết định thành công của mạng công nghiệp thời AI

Ba yếu tố quyết định thành công của mạng công nghiệp thời AI

Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo (AI) đang tạo ra cuộc chuyển đổi sâu rộng trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp. Tuy nhiên, phía sau những dây chuyền tự động hóa hiện đại hay các hệ thống điều khiển thông minh là một yếu tố mang tính quyết định: hạ tầng mạng công nghiệp. Nếu mạng lưới không đủ mạnh, tham vọng AI trong nhà máy có thể nhanh chóng bị đình trệ.
KHCN trong nông nghiệp: Chuyển từ tư duy

KHCN trong nông nghiệp: Chuyển từ tư duy 'làm đề tài' sang 'tạo sản phẩm'

Khi nông nghiệp Việt Nam bước vào giai đoạn phát triển xanh, giảm phát thải và cạnh tranh bằng chất lượng thay vì sản lượng, khoa học công nghệ (KHCN) đang đứng trước yêu cầu đổi mới mạnh mẽ. Không chỉ dừng ở nghiên cứu hàn lâm hay hoàn thành các đề tài nghiệm thu, KHCN phải tạo ra sản phẩm cụ thể, có khả năng thương mại hóa và giải quyết trực tiếp bài toán của doanh nghiệp, người dân và thị trường.
Muốn có công nghệ lõi, nghiên cứu cơ bản phải được nuôi dưỡng trong một hệ sinh thái đổi mới hoàn chỉnh

Muốn có công nghệ lõi, nghiên cứu cơ bản phải được nuôi dưỡng trong một hệ sinh thái đổi mới hoàn chỉnh

Những chỉ đạo mới đây của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm về phát triển khoa học công nghệ tiếp tục khẳng định vai trò nền tảng của nghiên cứu cơ bản đối với việc hình thành công nghệ lõi. Theo TS. Đỗ Nguyên Hưng - Tổng Thư ký Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA), nghiên cứu cơ bản sẽ khó tạo ra những đột phá nếu tồn tại một cách biệt lập. Điều quan trọng là phải xây dựng được một hệ sinh thái đổi mới sáng tạo hoàn chỉnh, nơi Nhà nước kiến tạo cơ chế, doanh nghiệp đặt bài toán thực tiễn, viện trường cung cấp tri thức và hội nghề nghiệp đóng vai trò kết nối.
Đại học Công nghiệp Hà Nội bổ nhiệm Giám đốc mới

Đại học Công nghiệp Hà Nội bổ nhiệm Giám đốc mới

PGS.TS. Kiều Xuân Thực vừa được Bộ Công Thương bổ nhiệm giữ chức Giám đốc Đại học Công nghiệp Hà Nội, trở thành người đứng đầu đầu tiên của nhà trường sau khi chuyển đổi từ mô hình trường đại học sang đại học và thực hiện chủ trương "nhất thể hóa" trong quản trị đại học.
Chương trình "Mãnh liệt vì Tương lai xanh" hướng tới hệ thống giao thông thông minh không phát thải

Chương trình "Mãnh liệt vì Tương lai xanh" hướng tới hệ thống giao thông thông minh không phát thải

Nhằm đồng hành cùng mục tiêu Net Zero của Việt Nam, hướng tới một hệ thống giao thông thông minh không phát thải, thời gian qua, VinFast đã có nhiều chương trình ưu đãi cho khách hàng mua/đổi xe điện trong hệ thống. “Mãnh liệt vì Tương lai xanh” là một trong những chương trình lớn nhất của VinFast trong năm 2026, áp dụng trên quy mô toàn quốc, với khách hàng mua xe điện Vinfast (bao gồm xe máy điện và ô tô điện).
Đi qua thế giới bằng những trang sách

Đi qua thế giới bằng những trang sách

Chưa từng được đến trường vì bị bại não bẩm sinh, Nguyễn Thị Lan Hương tự học đọc từ những cuốn sách giáo khoa cũ của em trai. Những trang sách ấy đã dần giúp chị bước ra khỏi mặc cảm và mở nên “Không gian đọc Niềm Tin” tại nhà riêng.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: LPBank vào Top 10 ĐHĐCĐ tiêu biểu 2026

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: LPBank vào Top 10 ĐHĐCĐ tiêu biểu 2026

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: Sacombank thu giữ 507 bất động sản của LDG vì nợ xấu; LPBank vào Top 10 ĐHĐCĐ tiêu biểu 2026; BIDV gây chú ý với đợt tuyển dụng giới hạn tuổi dưới 24...
4 đội đầu tiên góp mặt tại Tứ kết Robocon Việt Nam 2026

4 đội đầu tiên góp mặt tại Tứ kết Robocon Việt Nam 2026

Tối 29/5, vòng Chung kết Cuộc thi Sáng tạo Robot Việt Nam (Robocon Việt Nam 2026) đã chính thức khai mạc tại Trường quay S1, Đài Truyền hình Việt Nam. 16 đội tuyển xuất sắc nhất vượt qua vòng Sơ loại bước vào những trận đấu đối kháng đầu tiên trên hành trình chinh phục ngôi vô địch.
Robot Figure 03 gây chấn động

Robot Figure 03 gây chấn động

Một robot có thể làm việc liên tục hơn 3 giờ, xử lý trung bình một kiện hàng chỉ trong chưa đầy 3 giây và duy trì tổng thời gian vận hành lên tới 200 giờ. Những con số từng xuất hiện trong phim khoa học viễn tưởng giờ đang bắt đầu xuất hiện trong các nhà kho thực tế.
Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) tham gia vào dự án nông nghiệp xanh tại Cần Thơ

Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) tham gia vào dự án nông nghiệp xanh tại Cần Thơ

Tự động hóa, AI, IoT và dữ liệu đang từng bước trở thành hạ tầng công nghệ nền tảng cho nông nghiệp xanh, mở ra cơ hội tái cấu trúc chuỗi giá trị nông nghiệp Đồng bằng sông Cửu Long theo hướng hiệu quả và bền vững hơn.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc