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
trien-lam-quoc-te
Tin bài khác
Đại sứ Pakistan đề xuất VAA thúc đẩy xúc tiến thương mại trong các lĩnh vực phù hợp

Đại sứ Pakistan đề xuất VAA thúc đẩy xúc tiến thương mại trong các lĩnh vực phù hợp

Ngày 21/5, tại Hà Nội, Đại sứ Đặc mệnh Toàn quyền Pakistan Kohdayar Marri đã có chuyến thăm và làm việc với Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA). Cùng đi với ngài Đại sứ có bà Faiza Shafqat, Tham tán Thương mại và Đầu tư của Đại sứ quán Pakistan.
Trách nhiệm người đứng đầu trong triển khai nhiệm vụ phát triển KHCN, chuyển đổi số của cơ quan, tổ chức

Trách nhiệm người đứng đầu trong triển khai nhiệm vụ phát triển KHCN, chuyển đổi số của cơ quan, tổ chức

Phó Thủ tướng Thường trực Nguyễn Hòa Bình vừa ký Quyết định số 970/QĐ-TTg quy định trách nhiệm người đứng đầu các cơ quan nhà nước trong công tác lãnh đạo, chỉ đạo triển khai thực hiện nhiệm vụ về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số của cơ quan, tổ chức.
Đại học Bách khoa Hà Nội quy đổi điểm chuẩn tương đương giữa các phương thức tuyển sinh

Đại học Bách khoa Hà Nội quy đổi điểm chuẩn tương đương giữa các phương thức tuyển sinh

Căn cứ theo hướng dẫn chung của Bộ GDĐT, Đại học Bách khoa Hà Nội áp dụng phương pháp bách phân vị (Percentile Equating) để tìm ra các mức điểm chuẩn tương đương giữa 3 phương thức tuyển sinh của Đại học bao gồm: phương thức xét tuyển tài năng, phương thức xét tuyển theo điểm thi đánh giá tư duy và phương thức xét tuyển theo điểm thi tốt nghiệp THPT.
Giảm lãng phí và Nâng cao hiệu quả với kiểm tra chất lượng bằng AI

Giảm lãng phí và Nâng cao hiệu quả với kiểm tra chất lượng bằng AI

Công cụ đã sẵn sàng. Nền công nghiệp đang phát triển. Nhu cầu đang trở nên cấp thiết. Chỉ còn một câu hỏi duy nhất: Khi nào thì dây chuyền sản xuất của bạn sẽ sẵn sàng để bước vào kỷ nguyên mới này?
Nhận định phiên giao dịch ngày 22/5: VN Index cần sự xác nhận từ dòng tiền lớn để bứt phá vùng 1.330

Nhận định phiên giao dịch ngày 22/5: VN Index cần sự xác nhận từ dòng tiền lớn để bứt phá vùng 1.330

Sau phiên tăng 7,9 điểm ngày 21/5, VN Index tiếp tục duy trì đà tăng và đóng cửa tại 1.323,05 điểm – mức cao nhất trong vòng 6 tuần. Tâm lý nhà đầu tư chuyển sang tích cực với sự dẫn dắt của nhóm bất động sản, ngân hàng và cổ phiếu tài chính. Tuy nhiên, khi chỉ số tiệm cận vùng kháng cự mạnh 1.325 điểm, rủi ro rung lắc ngắn hạn có thể xuất hiện trong phiên 22/5 nếu thiếu sự xác nhận từ dòng tiền lớn.
Tự động hóa cần nhân lực mạnh - Chi hội Đào tạo Tự động hóa đã sẵn sàng

Tự động hóa cần nhân lực mạnh - Chi hội Đào tạo Tự động hóa đã sẵn sàng

Để bắt kịp tốc độ phát triển của công nghệ tự động hóa, việc đổi mới và kết nối trong đào tạo nguồn nhân lực là điều tất yếu. Chi hội Đào tạo Tự động hóa ra đời nhằm tạo dựng một hệ sinh thái đào tạo hiện đại, thực tiễn và mở ra nhiều cơ hội hợp tác mạnh mẽ. Chúng tôi đã có cuộc trò chuyện với PGS.TS. Trần Trọng Minh, Chủ tịch Chi hội, để cùng nhìn nhận những kỳ vọng và định hướng phía trước.
Đại học Bách khoa Hà Nội dự kiến mở phân hiệu mới tại Bắc Ninh

Đại học Bách khoa Hà Nội dự kiến mở phân hiệu mới tại Bắc Ninh

Ngày 20/5, Chủ tịch UBND tỉnh Bắc Ninh đã có buổi làm việc với Trường Đại học Bách khoa Hà Nội và Trường Đại học Ngoại thương nhằm bàn thảo kế hoạch đầu tư xây dựng cơ sở đào tạo mới trên địa bàn tỉnh.
Sun Group làm chủ đầu tư Dự án hãng hàng không Sun PhuQuoc Airways

Sun Group làm chủ đầu tư Dự án hãng hàng không Sun PhuQuoc Airways

Ngày 20/5, Thủ tướng Chính phủ ký Quyết định số 979/QĐ-TTg chấp thuận chủ trương đầu tư, đồng thời chấp thuận nhà đầu tư thực hiện Dự án Hãng hàng không Sun PhuQuoc Airways.
Samsung Solve for Tomorrow 2025 dự kiến sẽ tiếp cận khoảng 50.000 học sinh khu vực miền Trung

Samsung Solve for Tomorrow 2025 dự kiến sẽ tiếp cận khoảng 50.000 học sinh khu vực miền Trung

Ngày 21/5, Samsung Việt Nam và Tổ chức Tuổi trẻ Thành đạt Việt Nam (JA Việt Nam) tiếp tục khởi động cuộc thi Samsung Solve for Tomorrow 2025 tại khu vực miền Trung, nhằm đẩy mạnh hơn nữa phong trào STEM, đồng thời truyền cảm hứng và lan tỏa sâu rộng hơn ý nghĩa của cuộc thi tới học sinh khu vực này. Sự kiện nằm trong chuỗi roadshow khởi động cuộc thi tại cả 3 miền Bắc - Trung - Nam.
Quận Ba Đình tăng tốc chuyển đổi số, "kích hoạt" kỷ nguyên Trường học số từ Google

Quận Ba Đình tăng tốc chuyển đổi số, "kích hoạt" kỷ nguyên Trường học số từ Google

Với định hướng đầu tư bài bản và tầm nhìn dài hạn trong chuyển đổi số giáo dục, quận Ba Đình (Hà Nội) đang khẳng định vai trò đầu tàu của Thủ đô trong xây dựng Trường học số. Hội thảo "Mở khoá kỷ nguyên số và kiến tạo Trường học số: Giải pháp từ Google" ngày 20/5 tại trường THCS Giảng Võ đánh dấu cột mốc quan trọng với thành tích nổi bật: THCS Giảng Võ trở thành trường đầu tiên tại Việt Nam có 100% cán bộ, giáo viên, nhân viên đạt chứng chỉ Google Educator.
siement
Quảng cáo
moxa