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
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/5/2026: Tuổi Hợi gặp gỡ quý nhân, tuổi Tý nhiều rắc rối

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/5/2026: Tuổi Hợi gặp gỡ quý nhân, tuổi Tý nhiều rắc rối

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 20/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Điều gì xảy ra nếu một tổ chức có thể sử dụng đến hơn 40 công cụ an ninh mạng?

Điều gì xảy ra nếu một tổ chức có thể sử dụng đến hơn 40 công cụ an ninh mạng?

Tại Hội nghị Accelerate APAC diễn ra ở Hà Nội, vào ngày 19/5, chuyên gia của Fortinet cho biết, nhiều tổ chức sử dụng đến hơn 40 công cụ an ninh mạng khác nhau. Điều này không những giảm hiệu quả bảo mật, ứng phó sự cố mà còn làm tình hình phức tạp hơn.
Trong nhà máy thông minh, giá trị không nằm ở cánh tay robot mà khả năng biến dữ liệu thành quyết định theo thời gian thực

Trong nhà máy thông minh, giá trị không nằm ở cánh tay robot mà khả năng biến dữ liệu thành quyết định theo thời gian thực

Nhiều doanh nghiệp Việt Nam trong giai đoạn chuyển đổi số, xây dựng hệ thống ERP, dữ liệu lớn và tự động hóa cơ bản đã tích hợp Trí tuệ nhân tạo (AI ) vào các khâu vận hành, tiến tới sản xuất thông minh.
Dự án điện LNG Quỳnh Lập chính thức khởi công hạ tầng kỹ thuật

Dự án điện LNG Quỳnh Lập chính thức khởi công hạ tầng kỹ thuật

Ngày 18/5, tại xã Tân Mai, UBND tỉnh Nghệ An cùng liên danh các nhà đầu tư gồm: Tổng công ty Điện lực Dầu khí Việt Nam, Công ty TNHH Mía đường Nghệ An và SK Innovation tổ chức Lễ công bố và khởi công hạ tầng kỹ thuật Dự án Nhà máy nhiệt điện LNG Quỳnh Lập. Đây là một trong những dự án năng lượng quy mô lớn nhất khu vực Bắc Trung Bộ hiện nay.
BSR nhận bằng khen với công trình nghiên cứu nhiên liệu phục vụ quốc phòng - an ninh

BSR nhận bằng khen với công trình nghiên cứu nhiên liệu phục vụ quốc phòng - an ninh

Trong khuôn khổ Hội nghị “Khoa học, Công nghệ, Đổi mới sáng tạo và Chuyển đổi số - Động lực để Petrovietnam phát triển bền vững” diễn ra ngày 15/5 tại Đà Nẵng, Petrovietnam đã tổ chức lễ tuyên dương, khen thưởng các tác giả và nhóm tác giả đạt Giải thưởng Khoa học và Công nghệ Dầu khí Việt Nam năm 2026.
Triệt phá đường dây sản xuất hơn 4 tấn bột ngọt giả nhãn hiệu Ajinomoto

Triệt phá đường dây sản xuất hơn 4 tấn bột ngọt giả nhãn hiệu Ajinomoto

Phòng Cảnh sát kinh tế Công an TP. Hồ Chí Minh vừa triệt phá đường dây sản xuất, buôn bán bột ngọt giả nhãn hiệu Ajinomoto với quy mô lớn, khởi tố và tạm giam 3 đối tượng liên quan. Bước đầu, cơ quan điều tra xác định nhóm này đã sản xuất, tiêu thụ hơn 4 tấn bột ngọt giả ra thị trường.
Thị trường chứng khoán ngày 19/5: Áp lực chốt lời mạnh xuất hiện ở nhóm dầu khí, VN Index điều chỉnh

Thị trường chứng khoán ngày 19/5: Áp lực chốt lời mạnh xuất hiện ở nhóm dầu khí, VN Index điều chỉnh

Dù VN Index giảm 15 điểm nhưng vẫn kịp rút chân trên MA10 ngày. Thanh khoản tăng mạnh cho thấy áp lực chốt lời dâng cao, nhất là tại nhóm dầu khí, hóa chất, phân bón và một số cổ phiếu doanh nghiệp nhà nước.
Masterise Group ra mắt One Central Saigon: Giao điểm tinh hoa thế giới, cùng bản sắc Việt Nam

Masterise Group ra mắt One Central Saigon: Giao điểm tinh hoa thế giới, cùng bản sắc Việt Nam

Sở hữu vị trí di sản đối diện Chợ Bến Thành, One Central Saigon kiến tạo một giao điểm tinh hoa thế giới hòa cùng bản sắc Việt Nam, nơi hội tụ khách sạn The Ritz-Carlton, Saigon, khu căn hộ hàng hiệu The Ritz-Carlton Residences, Saigon, văn phòng hạng A+ cùng hệ sinh thái thương mại, dịch vụ và ẩm thực tinh tuyển.
Nhận định phiên giao dịch ngày 19/5: Tìm kiếm cơ hội tại các cổ phiếu bật tăng như chứng khoán và dầu khí

Nhận định phiên giao dịch ngày 19/5: Tìm kiếm cơ hội tại các cổ phiếu bật tăng như chứng khoán và dầu khí

VN-Index tiếp tục xác lập mức cao kỷ lục mới trong phiên giao dịch ngày 18/5 nhờ lực kéo mạnh từ nhóm ngân hàng quốc doanh và dầu khí. Trong bối cảnh thị trường vẫn vận động giằng co quanh vùng đỉnh, các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư ưu tiên tìm kiếm cơ hội tại những cổ phiếu vừa phát tín hiệu bật tăng sau giai đoạn tích lũy, đặc biệt ở các nhóm ngân hàng, chứng khoán và dầu khí.
Ánh sáng Hồ Chí Minh soi đường cho chúng ta đi

Ánh sáng Hồ Chí Minh soi đường cho chúng ta đi

Ngày 19 tháng 5 năm 2026, toàn Đảng, toàn dân, toàn quân ta kỷ niệm 136 năm Ngày sinh Chủ tịch Hồ Chí Minh vĩ đại trong một thời điểm có ý nghĩa đặc biệt. Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIV của Đảng đã thành công rực rỡ, xác định những định hướng chiến lược đưa đất nước bước vào kỷ nguyên mới, xây dựng một nước Việt Nam hoà bình, độc lập, dân chủ, giàu mạnh, phồn vinh, văn minh, hạnh phúc, vững bước đi lên chủ nghĩa xã hội.
vn-web
song-gia-tri