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
mca
Tin bài khác
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/11/2025: Tuổi Thân sự nghiệp không tốt, tuổi Tý công việc suôn sẻ

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/11/2025: Tuổi Thân sự nghiệp không tốt, tuổi Tý công việc 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 22/11/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 21/11: Dòng tiền “bắt đáy” trở lại, VN Index “thoát hiểm” phút cuối

Thị trường chứng khoán ngày 21/11: Dòng tiền “bắt đáy” trở lại, VN Index “thoát hiểm” phút cuối

Có thời điểm thủng mốc 1.640 điểm khiến tâm lý thị trường ảm đạm, nhưng VN Index bất ngờ đảo chiều nhờ lực cầu cuối phiên. Dòng tiền bắt đáy nhập cuộc kéo chỉ số rút chân mạnh, dù sắc đỏ vẫn lấn át trên bảng điện.
Viettel phát triển bản sao số trạm BTS, cắt giảm tới 50% thời gian và nhân lực khảo sát

Viettel phát triển bản sao số trạm BTS, cắt giảm tới 50% thời gian và nhân lực khảo sát

Vượt qua nhiều tên tuổi lớn trong ngành viễn thông và công nghệ, Viettel BTS Digital Twin giúp Viettel AI ghi tên vào danh sách đề cử Glotel Awards 2025. Sự xuất hiện của sản phẩm “Make in Vietnam” tại giải thưởng tầm cỡ quốc tế tiếp tục khẳng định vị thế đổi mới sáng tạo của doanh nghiệp Việt.
Nhận định phiên giao dịch ngày 21/11: Canh nhịp biến động để tìm kiếm cơ hội

Nhận định phiên giao dịch ngày 21/11: Canh nhịp biến động để tìm kiếm cơ hội

Phiên ngày 20/11 hồi phục nhẹ nhưng thanh khoản vẫn ở mức thấp, VN-Index được dự báo tiếp tục dao động trong vùng tăng, mở ra cơ hội cho những chiến lược giải ngân linh hoạt.
Nghiên cứu thiết kế thiết bị chia thuốc tự động cho gia đình trên nền hệ thống nhúng

Nghiên cứu thiết kế thiết bị chia thuốc tự động cho gia đình trên nền hệ thống nhúng

Bài báo này trình bày quy trình thiết kế và phát triển một thiết bị phân phối thuốc tự động với các đặc điểm gọn nhẹ và chi phí thấp, nhằm mục đích tăng cường sự tuân thủ lịch trình dùng thuốc chính xác của người dùng trong môi trường gia đình.
Samsung trình làng Galaxy Book5 Edge: Bổ sung 5G, tinh chỉnh thiết kế so với thế hệ trước

Samsung trình làng Galaxy Book5 Edge: Bổ sung 5G, tinh chỉnh thiết kế so với thế hệ trước

Không rầm rộ như các dòng smartphone, Samsung âm thầm nâng cấp dòng laptop của mình bằng Galaxy Book5 Edge - phiên bản bổ sung 5G và tinh chỉnh phần cứng nhằm tối ưu trải nghiệm người dùng.
ESG không chỉ là trách nhiệm mà là vấn đề sống còn của doanh nghiệp trong kỷ nguyên số

ESG không chỉ là trách nhiệm mà là vấn đề sống còn của doanh nghiệp trong kỷ nguyên số

Chiều 20/11, trong khuôn khổ Triển lãm Quốc tế linh kiện điện tử và sản xuất thông minh tại Việt Nam (GEIMS Việt Nam 2025), Hiệp hội Doanh nghiệp Điện tử Việt Nam (VEIA) chủ trì Hội thảo “Xây dựng chuỗi cung ứng bền vững ESG - từ lý thuyết đến thực tế”, nhằm mang đến cho doanh nghiệp những giải pháp thực tiễn, chiến lược cụ thể để chuyển đổi từ cam kết đến hành động, từ tuân thủ sang dẫn đầu trong hành trình triển khai ESG tại Việt Nam.
Không đợi tương lai gõ cửa: Vinamilk dẫn đầu xu hướng tiêu dùng xanh

Không đợi tương lai gõ cửa: Vinamilk dẫn đầu xu hướng tiêu dùng xanh

Khi 80% người tiêu dùng toàn cầu sẵn sàng trả thêm tiền cho sản phẩm xanh, câu hỏi không còn là “chuyển đổi hay không” mà là “doanh nghiệp nào đã sẵn sàng”?
Gìn giữ và lan tỏa mạnh mẽ Nghi lễ và trò chơi Kéo co Ngồi tại Đền Trấn Vũ

Gìn giữ và lan tỏa mạnh mẽ Nghi lễ và trò chơi Kéo co Ngồi tại Đền Trấn Vũ

Nghi lễ và trò chơi Kéo co Ngồi đền Trấn Vũ mang đậm bản sắc dân tộc, thể hiện tinh thần đoàn kết, sức mạnh tập thể và ước vọng mưa thuận gió hòa.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/11/2025: Tuổi Dần thiếu động lực, tuổi Dậu vượng cát khí

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/11/2025: Tuổi Dần thiếu động lực, tuổi Dậu vượng cát khí

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 21/11/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
song-gia-tri