timtos

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
Góc nhìn sinh động và thiết thực về xanh hóa trong sản xuất

Góc nhìn sinh động và thiết thực về xanh hóa trong sản xuất

Hiện tại và tương lai xu hướng tiêu dùng xanh ngày càng rõ rệt, thậm chí hàng hóa, dịch vụ xanh trở thành tiêu chí hàng đầu trong các giao dịch thị trường nội địa và quốc tế, tạo nên sức ép ngày càng tăng tới sản xuất, cung ứng hàng hóa, dịch vụ đối với doanh nghiệp.
Giá thuê căn hộ thiết lập đỉnh mới: Người lao động gặp khó trong bài toán nhà ở

Giá thuê căn hộ thiết lập đỉnh mới: Người lao động gặp khó trong bài toán nhà ở

Cùng với đà tăng giá mạnh mẽ của phân khúc chung cư, giá thuê căn hộ tại Hà Nội cũng liên tục leo thang, đặc biệt tại khu vực trung tâm.
10 công cụ công nghệ tuyệt vời giúp cuộc sống của bạn dễ dàng hơn

10 công cụ công nghệ tuyệt vời giúp cuộc sống của bạn dễ dàng hơn

Trong thế giới kỹ thuật số phát triển nhanh như hiện nay, công nghệ được thiết kế để đơn giản hóa cuộc sống của chúng ta.
Nhận định phiên giao dịch ngày 12/3: Chốt lời dần, chờ mua lại tại vùng hỗ trợ

Nhận định phiên giao dịch ngày 12/3: Chốt lời dần, chờ mua lại tại vùng hỗ trợ

VN Index tiếp tục duy trì đà tăng với lực mua áp đảo vào cuối phiên, củng cố xu hướng tích cực. Tuy nhiên, chỉ báo RSI đã chạm vùng quá mua, cùng với chuỗi 4 phiên tăng liên tiếp, làm gia tăng rủi ro điều chỉnh trong ngắn hạn. Nhà đầu tư ngắn cân nhắc chốt lời từng phần, nhất là những cổ phiếu đã tăng mạnh, nhằm bảo toàn lợi nhuận và chờ nhịp điều chỉnh để mua lại những cổ phiếu tiềm năng.
Ngân hàng đồng loạt giảm lãi suất tiền gửi: Xu hướng tiếp tục lan rộng

Ngân hàng đồng loạt giảm lãi suất tiền gửi: Xu hướng tiếp tục lan rộng

Trong bối cảnh kinh tế cần sự hỗ trợ mạnh mẽ, nhiều ngân hàng thương mại tại Việt Nam đã chủ động giảm lãi suất huy động và cho vay nhằm thúc đẩy tăng trưởng và hỗ trợ doanh nghiệp, người dân.
Nộp ngân sách cao kỷ lục, Hòa Phát của tỷ phú Trần Đình Long đang thắng lớn

Nộp ngân sách cao kỷ lục, Hòa Phát của tỷ phú Trần Đình Long đang thắng lớn

Tập đoàn Hoà Phát đang "ăn nên làm ra" và đóng ngân sách Nhà nước cao kỷ lục trong năm qua. Tuy nhiên, sự cạnh tranh từ thép nhập khẩu và bài toán thị trường nội địa liệu có ảnh hưởng đến đà tăng trưởng của thép Hòa Phát?
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/3/2025: Tuổi Dần tín hiệu tích cực, tuổi Tuất tránh thị phi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/3/2025: Tuổi Dần tín hiệu tích cực, tuổi Tuất tránh thị phi

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 12/3/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 11/3: Dòng tiền lớn bền bỉ, VN Index phục hồi ấn tượng

Thị trường chứng khoán ngày 11/3: Dòng tiền lớn bền bỉ, VN Index phục hồi ấn tượng

Phiên giao dịch ngày 11/3 chứng kiến sự phục hồi ấn tượng của thị trường chứng khoán Việt Nam sau một khởi đầu yếu ớt do ảnh hưởng từ chứng khoán Mỹ. VN Index đóng cửa ở mức 1.332,54 điểm, tăng 2,26 điểm (0,17%), với sự hỗ trợ mạnh mẽ từ nhóm ngân hàng và các cổ phiếu vốn hóa lớn. Thanh khoản duy trì ở mức cao, đạt hơn 23,2 nghìn tỷ đồng, khẳng định sức mạnh của dòng tiền hiện tại.
Khởi công dự án chung cư cao cấp đầu tiên tại khu Nam Hà Nội

Khởi công dự án chung cư cao cấp đầu tiên tại khu Nam Hà Nội

Ngày 10/3/2025, Công ty Cổ phần Tổng Bách Hóa và Tập đoàn Tân Hoàng Minh khởi công dự án tại Khu nhà 6 tại số 486 đường Ngọc Hồi (thuộc dự án Greenera Southmark) thuộc địa bàn huyện Thanh Trì, thành phố Hà Nội. Dự án này được kỳ vọng sẽ trở thành trung tâm khu Nam Hà Nội nơi đóng góp nguồn cung cấp sản phẩm căn hộ cao cấp và góp phần quan trọng vào sự thay đổi diện mạo cũng như sự phát triển của khu vực phía Nam thủ đô Hà Nội.
“Mẹ Biển”: Câu chuyện về tình người của ngư dân vùng biển

“Mẹ Biển”: Câu chuyện về tình người của ngư dân vùng biển

Trước thiên nhiên, con người thật nhỏ bé. Thiên tai đến luôn để lại những tổn thất nặng nề. Mất mát không chỉ nằm ở những người đã bỏ mạng nơi biển xa, mà còn ở nỗi đau của những người ở lại. Phim “Mẹ Biển” là câu chuyện xoay quanh cuộc sống của những ngư dân vùng biển, nơi mọi người cùng nhau cảm nhận những niềm vui bình dị và tháng ngày bình yên.
Quảng cáo
qc-may-tinh