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
dai-hoi-dang
Tin bài khác
Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội (USTH) tuyển dụng nhân sự

Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội (USTH) tuyển dụng nhân sự

Là trường đại học công lập chuẩn quốc tế, giảng dạy bằng tiếng Anh và được công nhận bởi HCERES (Pháp), Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội (USTH) đang tìm kiếm Nhân viên IT quản trị hệ thống có kinh nghiệm, sẵn sàng đồng hành trong việc vận hành hạ tầng CNTT và hệ thống ERP hiện đại của nhà trường.
An ninh đám mây 2026: Khi độ phức tạp vượt xa năng lực phòng vệ

An ninh đám mây 2026: Khi độ phức tạp vượt xa năng lực phòng vệ

Khảo sát với hơn 1.100 lãnh đạo và chuyên gia an ninh mạng toàn cầu cho thấy một “khoảng cách” ngày càng rõ rệt trong an ninh đám mây: tốc độ mở rộng và phức tạp của hạ tầng hiện đại đang vượt xa khả năng quan sát, phát hiện và ứng phó của các tổ chức, đặc biệt trong bối cảnh trí tuệ nhân tạo được ứng dụng ngày càng sâu rộng.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: MB mở rộng quy mô dẫn đầu Big5

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: MB mở rộng quy mô dẫn đầu Big5

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, chiến lược nhân sự như: HDBank 2025: Tăng trưởng mạnh, hiệu quả cao và sẵn sàng bứt phá chu kỳ mới; MB 2025: Mở rộng quy mô dẫn đầu Big5, tăng trưởng nhanh nhưng vẫn kiểm soát rủi ro; VietinBank ra mắt “Đầu tư tự động”...
Gấp rút hoàn thiện công tác chuẩn bị Hội chợ Mùa Xuân 2026

Gấp rút hoàn thiện công tác chuẩn bị Hội chợ Mùa Xuân 2026

Sáng 30/1, Phó Thủ tướng Bùi Thanh Sơn, Trưởng Ban Chỉ đạo các Hội chợ Quốc gia, đã trực tiếp kiểm tra tình hình chuẩn bị Hội chợ Mùa Xuân 2026. Theo kế hoạch, lễ khai mạc hội chợ sẽ diễn ra vào 10 giờ sáng ngày 2/2/2026.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/2/2026: Tuổi Hợi kinh doanh thuận lợi, tuổi Tý  không mấy suôn sẻ

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/2/2026: Tuổi Hợi kinh doanh thuận lợi, tuổi Tý không mấy suôn sẻ

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 1/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Tín hiệu tích cực cho công nghiệp từ thị trường máy móc

Tín hiệu tích cực cho công nghiệp từ thị trường máy móc

Các chỉ số công nghiệp mới nhất cho thấy năm 2025 khép lại với những tín hiệu lạc quan đối với nhu cầu máy móc và thiết bị sản xuất, bất chấp bối cảnh kinh tế toàn cầu còn nhiều biến động. Theo báo cáo công bố bởi Hội đồng Thống đốc Hệ thống Dự trữ Liên bang Mỹ (Fed), sản lượng công nghiệp toàn nền kinh tế Mỹ đã tăng 0,4% trong giai đoạn từ tháng 11 đến tháng 12 năm 2025, trong khi tỷ lệ sử dụng công suất tăng thêm 0,2%.
Apple ấp ủ “át chủ bài” nhà thông minh: HomePod màn hình cảm ứng, đế xoay robot sắp ra mắt

Apple ấp ủ “át chủ bài” nhà thông minh: HomePod màn hình cảm ứng, đế xoay robot sắp ra mắt

Apple được cho là đang chuẩn bị tạo cú hích mới cho thị trường nhà thông minh với thế hệ HomePod tích hợp màn hình cảm ứng và đế xoay robot linh hoạt, mở ra kỷ nguyên tương tác mới dựa trên Siri và trí tuệ nhân tạo được nâng cấp toàn diện.
Đổi mới đào tạo giáo viên trong bối cảnh chuyển đổi số và AI

Đổi mới đào tạo giáo viên trong bối cảnh chuyển đổi số và AI

Chuyển đổi số và trí tuệ nhân tạo (AI) đang tạo ra những thay đổi sâu sắc đối với giáo dục, đặc biệt là lĩnh vực đào tạo giáo viên. Theo GS.TS Huỳnh Văn Sơn, Hiệu trưởng Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh, đây không còn là câu chuyện ứng dụng công nghệ ở mức hỗ trợ, mà là yêu cầu phải tái cấu trúc toàn diện chương trình đào tạo giáo viên, từ mục tiêu, nội dung đến phương thức tổ chức đào tạo.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 31/1/2026: Tuổi Sửu vận trình vượng phát, tuổi Ngọ xảy ra tranh cãi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 31/1/2026: Tuổi Sửu vận trình vượng phát, tuổi Ngọ xảy ra tranh cãi

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 30/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 30/1: Nhóm ngân hàng dẫn dắt, VN Index tiếp đà hồi phục

Thị trường chứng khoán ngày 30/1: Nhóm ngân hàng dẫn dắt, VN Index tiếp đà hồi phục

Thị trường tiếp tục nối dài đà hồi phục khi VN Index tăng hơn 14 điểm và đóng cửa sát mức cao nhất ngày. Sắc xanh phủ rộng toàn thị trường, ngân hàng bứt tốc dẫn dắt, trong khi dầu khí và bất động sản cũng đồng loạt thăng hoa dù cuối phiên thị trường bước vào đợt cơ cấu ETF.
song-gia-tri