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
chao-mung-ngay-bao-chi
Tin bài khác
Robotaxi: Cuộc đua xe tự hành giữa Tesla và Volkswagen chính thức bắt đầu

Robotaxi: Cuộc đua xe tự hành giữa Tesla và Volkswagen chính thức bắt đầu

Với chiến lược khác nhau, cả hai đang tăng tốc trong cuộc đua chiếm lĩnh thị trường robotaxi toàn cầu, nơi phần thắng không chỉ thuộc về ai ra mắt trước, mà là ai tạo được mô hình bền vững, an toàn và dễ mở rộng.
Nhận định phiên giao dịch ngày 25/6: VN Index tiến sát vùng cản mạnh, nhà đầu tư nên giữ "kỷ luật" giao dịch

Nhận định phiên giao dịch ngày 25/6: VN Index tiến sát vùng cản mạnh, nhà đầu tư nên giữ "kỷ luật" giao dịch

Sau phiên tăng mạnh ngày 24/6 với thanh khoản đạt đỉnh nhiều tuần, thị trường bước vào phiên 25/6 với kỳ vọng tiếp tục xu hướng tích cực. Tuy nhiên, với việc VN Index tiến gần vùng kháng cự 1.375–1.380 điểm và tín hiệu kỹ thuật đang vào vùng quá mua nhẹ, khả năng xuất hiện rung lắc kỹ thuật trong phiên tới là điều không loại trừ.
Trường Đại học Bách khoa (ĐHQG-HCM) tuyển dụng Chuyên viên Pháp chế

Trường Đại học Bách khoa (ĐHQG-HCM) tuyển dụng Chuyên viên Pháp chế

Trường Đại học Bách khoa (ĐHQG-HCM) vừa phát đi thông báo tuyển dụng vị trí Chuyên viên Pháp chế. Thời gian nộp hồ sơ từ ngày 17/06 đến ngày 16/07.
Đề xuất trình tự cấp giấy chứng nhận doanh nghiệp thành lập mới hoạt động công nghệ cao

Đề xuất trình tự cấp giấy chứng nhận doanh nghiệp thành lập mới hoạt động công nghệ cao

Bộ Khoa học và Công nghệ đang lấy ý kiến nhân dân đối với dự thảo Thông tư quy định việc phân cấp trong lĩnh vực quản lý nhà nước của Bộ Khoa học và Công nghệ về hoạt động công nghệ cao.
Thị trường chứng khoán 24/6: Thị trường giữ sắc xanh, áp lực chốt lời dần xuất hiện

Thị trường chứng khoán 24/6: Thị trường giữ sắc xanh, áp lực chốt lời dần xuất hiện

Thị trường tiếp tục ghi nhận phiên tăng điểm tích cực khi VN Index duy trì sắc xanh trong suốt thời gian giao dịch, đóng cửa tại mốc 1.366,77 điểm, tăng 8,59 điểm. Nhóm cổ phiếu trụ, đặc biệt là họ Vin, tiếp tục dẫn dắt thị trường, trong khi dòng tiền bắt đầu dịch chuyển sang nhóm chứng khoán sau khi nhóm dầu khí có dấu hiệu hạ nhiệt theo giá dầu thế giới.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/6/2025: Tuổi Dậu chịu áp lực, tuổi Sửu tràn đầy năng lượng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/6/2025: Tuổi Dậu chịu áp lực, tuổi Sửu tràn đầy năng lượng

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 25/6/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Tạp chí Đo lường, Điều khiển và Tự động hóa hội tụ đủ điều kiện để tiến tới mục tiêu cao hơn

Tạp chí Đo lường, Điều khiển và Tự động hóa hội tụ đủ điều kiện để tiến tới mục tiêu cao hơn

Chiều 23/6, Tạp chí Tự động hóa Ngày nay tổ chức họp Hội đồng biên tập Kỳ Tạp chí Đo lường, Điều khiển và Tự động hóa (MCA). Tham dự cuộc họp có các thành viên chủ chốt của Hội đồng biên tập, lãnh đạo Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) và lãnh đạo Tạp chí Tự động hóa Ngày nay.
Khi thị trường biến động - cơ hội để BSR tăng tốc

Khi thị trường biến động - cơ hội để BSR tăng tốc

Thị trường dầu mỏ thế giới nửa đầu năm 2025 tiếp tục biến động do căng thẳng địa chính trị leo thang, đặc biệt là xung đột vũ trang giữa Iran và Israel khiến nguồn cung bị gián đoạn, chuỗi cung ứng rối loạn và giá dầu Brent biến động mạnh theo chu kỳ ngắn. Tại Việt Nam, các nhà máy lọc dầu, trong đó có Nhà máy Lọc dầu (NMLD) Dung Quất do Công ty cổ phần Lọc hóa dầu Bình Sơn (BSR) vận hành, chịu sức ép kép từ thị trường nhập khẩu giá rẻ và sự bất ổn giá nhiên liệu.
AEON: robot người máy được thiết kế dành cho ngành công nghiệp

AEON: robot người máy được thiết kế dành cho ngành công nghiệp

Hexagon ra mắt robot người máy AEON, ứng dụng công nghệ tiên tiến để giải quyết vấn đề thiếu hụt lao động và nâng cao tự động hóa trong các ngành công nghiệp.
Cần làm gì để đẩy mạnh phát triển nghiệp văn hóa TP. Hồ Chí Minh

Cần làm gì để đẩy mạnh phát triển nghiệp văn hóa TP. Hồ Chí Minh

Công nghiệp văn hóa là một ngành công nghiệp sử dụng vốn văn hóa, tài năng sáng tạo, cơ sở hạ tầng và công nghệ sản xuất hiện đại để có thể sản sinh ra các sản phẩm và dịch vụ văn hóa đem lại nhiều lợi ích.
siement
Quảng cáo
moxa