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 2/12/2025: Tuổi Sửu vượng tài lộc, tuổi Thìn cảnh báo rắc rối

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 2/12/2025: Tuổi Sửu vượng tài lộc, tuổi Thìn cảnh báo 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 2/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 1/12: VN-Index vượt 1.700 điểm, dòng tiền đổ mạnh vào họ Vingroup

Thị trường chứng khoán ngày 1/12: VN-Index vượt 1.700 điểm, dòng tiền đổ mạnh vào họ Vingroup

Thị trường chứng khoán khởi động tháng 12 với sắc thái tích cực khi VN-Index bứt phá qua ngưỡng tâm lý 1.700 điểm chỉ sau ít phút giao dịch. Đây là tín hiệu củng cố kỳ vọng về một nhịp tăng mới trong giai đoạn cuối năm, nhất là khi chỉ số đã có 3 tuần hồi phục liên tiếp và kết thúc tháng 11 với mức tăng 3,2% dù thanh khoản vẫn ở vùng thấp.
Siemens Việt Nam và AIT ra mắt tủ điện SIVACON S8: Thúc đẩy số hóa và định hình tương lai năng lượng Việt Nam

Siemens Việt Nam và AIT ra mắt tủ điện SIVACON S8: Thúc đẩy số hóa và định hình tương lai năng lượng Việt Nam

Chiều 28/11 tại TP. Hồ Chí Minh, Siemens Việt Nam phối hợp cùng Tập đoàn AIT chính thức giới thiệu tủ điện SIVACON S8 - dòng tủ phân phối thế hệ mới với công nghệ số hóa toàn diện ra thị trường Việt Nam. Sự kiện đánh dấu bước hợp tác chiến lược giữa Siemens và AIT trong chuyển giao công nghệ và sản xuất nội địa, đồng thời khẳng định cam kết chung trong việc hỗ trợ phát triển hạ tầng năng lượng quốc gia.
AI Insights: Từ dữ liệu quá khứ đến quyết định của tương lai

AI Insights: Từ dữ liệu quá khứ đến quyết định của tương lai

Trong kỷ nguyên kinh tế số tăng tốc, dữ liệu đã trở thành tài sản cốt lõi của mọi doanh nghiệp. Tuy nhiên, chỉ dữ liệu thôi chưa đủ để tạo lợi thế cạnh tranh. Điều quyết định nằm ở khả năng chuyển hóa dữ liệu thành hành động và trí tuệ nhân tạo (AI) đang trở thành động cơ dẫn dắt sự chuyển đổi đó. Nếu phân tích truyền thống giúp doanh nghiệp hiểu chuyện gì đã xảy ra, thì AI lại mở rộng tầm nhìn: điều gì sẽ xảy ra tiếp theo và tại sao.
AI và Robot: Chìa khóa đưa Việt Nam bước vào kỷ nguyên sản xuất tự chủ

AI và Robot: Chìa khóa đưa Việt Nam bước vào kỷ nguyên sản xuất tự chủ

Ngày 29/11/2025, tại TP. Hồ Chí Minh, Chi hội Robot Việt Nam (trực thuộc Hội Tự động hóa Việt Nam - VAA) đã tổ chức Diễn đàn “Hoạt động đào tạo và nghiên cứu ứng dụng AI trên các hệ thống tự động hóa và robot tại Việt Nam”. Diễn đàn quy tụ các chuyên gia đầu ngành, đại diện các viện, trường và các doanh nghiệp nhằm chia sẻ kết quả nghiên cứu, định hướng chiến lược và cơ hội hợp tác trong phát triển hệ sinh thái robot và trí tuệ nhân tạo (AI) quốc gia.
Trí tuệ nhân tạo: Giải pháp mới cho khí hậu toàn cầu

Trí tuệ nhân tạo: Giải pháp mới cho khí hậu toàn cầu

Một nghiên cứu mới của Trường Kinh tế London (LSE) và tổ chức Systemiq cho thấy trí tuệ nhân tạo (AI) có thể trở thành nhân tố quan trọng trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu. Theo báo cáo, việc ứng dụng AI đúng cách có thể giúp cắt giảm từ 3,2 đến 5,4 tỷ tấn khí thải nhà kính mỗi năm vào năm 2035.
Nhận định phiên giao dịch ngày 1/12: Tránh mua đuổi, ưu tiên chọn lọc cổ phiếu có diễn biến tích cực

Nhận định phiên giao dịch ngày 1/12: Tránh mua đuổi, ưu tiên chọn lọc cổ phiếu có diễn biến tích cực

VN-Index tiếp tục đi ngang quanh 1.690–1.700 điểm, đà tăng chủ yếu tập trung vào một số cổ phiếu trụ; nhà đầu tư được khuyến nghị giải ngân thận trọng, ưu tiên chọn lọc cổ phiếu thay vì mua đuổi.
Exotic Showcase 2025: Sân chơi thiết kế lần đầu tại PTIT thành công vượt mong đợi

Exotic Showcase 2025: Sân chơi thiết kế lần đầu tại PTIT thành công vượt mong đợi

Diễn ra tại PTIT tối 29/11, Chung kết Exotic Showcase 2025 mang đến không gian sáng tạo đa sắc màu với chủ đề “Imprints of Nature”. Lần đầu tổ chức nhưng cuộc thi thu hút đông đảo thí sinh toàn quốc, khép lại bằng chiến thắng thuyết phục của đội Ba Con Nhái.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/12/2025: Tuổi Mão hôm nay tốt đẹp, tuổi Tỵ vận may về tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/12/2025: Tuổi Mão hôm nay tốt đẹp, tuổi Tỵ vận may về tiền bạc

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 1/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
[E-Magazine] Hành trình từ bóng tối đến ánh sáng của cảm biến quang điện tử

[E-Magazine] Hành trình từ bóng tối đến ánh sáng của cảm biến quang điện tử

Ánh sáng vốn vô hình, nhưng cảm biến quang ‑ điện tử lại biến nó thành ngôn ngữ điện tử và từ đó thế giới xung quanh chúng ta được ghi lại, phân tích, tự điều khiển theo cách chưa từng có. Bài báo này khám phá quá trình hình thành và phát triển của công nghệ “quan sát và cảm nhận” thế giới xung quanh phục vụ cho các mục tiêu khác nhau của nhân loại.
song-gia-tri