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
tan-hoang-minh
Tin bài khác
Bộ Công Thương phát động phong trào “Sáng kiến mỗi ngày”, thúc đẩy đổi mới sáng tạo

Bộ Công Thương phát động phong trào “Sáng kiến mỗi ngày”, thúc đẩy đổi mới sáng tạo

Sáng 27/10, tại Hà Nội, Bộ Công Thương phát động phong trào thi đua “Sáng kiến mỗi ngày” năm 2026, đồng thời khởi động Cuộc thi “Nhóm giải pháp Đổi mới sáng tạo - Chuyển đổi số ngành Công Thương”, nhằm khơi dậy tinh thần sáng tạo từ mỗi cá nhân, đơn vị và lan tỏa các giải pháp thiết thực trong toàn Ngành.
Imexpharm lãi 250 tỷ đồng sau 9 tháng, hoàn thành 65% kế hoạch năm

Imexpharm lãi 250 tỷ đồng sau 9 tháng, hoàn thành 65% kế hoạch năm

Dù doanh thu ghi nhận mức giảm, CTCP Dược phẩm Imexpharm (HOSE: IMP) vẫn đạt kết quả kinh doanh tích cực trong quý III/2026 và 9 tháng đầu năm 2026 nhờ kiểm soát hiệu quả chi phí giá vốn.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/10/2026: Tuổi Hợi vận trình khởi sắc, tuổi Tỵ cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/10/2026: Tuổi Hợi vận trình khởi sắc, tuổi Tỵ cần thận trọng

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 28/10/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Gắn đào tạo với thực tiễn, phát triển nguồn nhân lực văn hóa

Gắn đào tạo với thực tiễn, phát triển nguồn nhân lực văn hóa

Trong bối cảnh chuyển đổi số và công nghiệp văn hóa đặt ra những yêu cầu mới đối với thị trường lao động, tăng cường hợp tác giữa Nhà nước – Nhà trường – Doanh nghiệp trở thành một trong những hướng đi quan trọng để nâng cao chất lượng đào tạo. Đây là nội dung trọng tâm được trao đổi tại Hội thảo khoa học quốc tế do Trường Đại học Văn hóa Hà Nội tổ chức ngày 26/10, với 187 tham luận, trong đó có 8 bài của học giả quốc tế.
Thị trường chứng khoán ngày 27/10: Dòng tiền thận trọng, thị trường giằng co trong biên độ hẹp

Thị trường chứng khoán ngày 27/10: Dòng tiền thận trọng, thị trường giằng co trong biên độ hẹp

Thị trường rơi vào trạng thái thiếu động lực khi VN Index gần như đi ngang, thanh khoản duy trì ở mức thấp. Trong lúc ngân hàng, chứng khoán và dầu khí đồng loạt suy yếu, dòng tiền chỉ tìm đến một số điểm sáng riêng lẻ, khiến triển vọng hồi phục vẫn chưa rõ ràng.
GRECO 2026: Kiến tạo thị trường tiêu dùng xanh cho TP. Hồ Chí Minh

GRECO 2026: Kiến tạo thị trường tiêu dùng xanh cho TP. Hồ Chí Minh

Nằm trong khuôn khổ Diễn đàn Kinh tế Mùa thu năm 2026 - Sự hội tụ của các cực tăng trưởng toàn cầu với chủ đề “Tinh thần hợp tác trong kỷ nguyên mới”, không gian giới thiệu sản phẩm, dịch vụ tăng trưởng xanh TP. Hồ Chí Minh lần thứ 4 năm 2026 (GRECO 2026) là hoạt động thiết thực cụ thể hóa các định hướng chiến lược của Thành phố.
TP. Hồ Chí Minh kết nối dòng vốn, công nghệ và các động lực tăng trưởng mới

TP. Hồ Chí Minh kết nối dòng vốn, công nghệ và các động lực tăng trưởng mới

Chiều 26/10/2026, tại TP. Hồ Chí Minh, trong khuôn khổ Diễn đàn Kinh tế Mùa thu 2026 (AEF 2026), chương trình CEO 500 với chủ đề “Sự hội tụ của FDI, Công nghệ và dòng chảy tài chính toàn cầu” quy tụ hơn 500 lãnh đạo doanh nghiệp cùng đại diện các tổ chức quốc tế, định chế tài chính và cơ quan quản lý.
Xe điện chạy 811km/sạc: Sức mạnh từ nền tảng pin tự phát triển của Li Auto

Xe điện chạy 811km/sạc: Sức mạnh từ nền tảng pin tự phát triển của Li Auto

Thị trường ô tô điện Việt Nam chuẩn bị đón nhận mẫu SUV cỡ lớn Li Auto i6 thông qua thỏa thuận phân phối với Neera Motors.
I/O từ xa: Tối ưu hệ thống điều khiển công nghiệp

I/O từ xa: Tối ưu hệ thống điều khiển công nghiệp

Trong bối cảnh các nhà máy đẩy mạnh chuyển đổi số, hệ thống I/O từ xa (Remote I/O) đang trở thành giải pháp hiệu quả giúp hiện đại hóa hạ tầng điều khiển công nghiệp. Công nghệ này không chỉ giảm chi phí đi dây mà còn đơn giản hóa bảo trì, nâng cao độ tin cậy của dữ liệu và tạo điều kiện mở rộng hệ thống linh hoạt.
Nhận định phiên giao dịch ngày 27/10: Thị trường nhiều khả năng cần thêm thời gian tích lũy

Nhận định phiên giao dịch ngày 27/10: Thị trường nhiều khả năng cần thêm thời gian tích lũy

Phiên giao dịch ngày 26/10 điều chỉnh khi áp lực chốt lời gia tăng tại vùng kháng cự, kéo các chỉ số chính giảm điểm. Thanh khoản suy giảm cho thấy tâm lý thận trọng của nhà đầu tư, trong khi khối ngoại tiếp tục bán ròng. Với các chỉ báo động lượng ở vùng quá mua, VN-Index nhiều khả năng cần thêm thời gian tích lũy quanh vùng hỗ trợ trước khi có thể kiểm định lại vùng kháng cự.
master