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
World Cup 2026: Đêm Azteca, trọng tài có thêm đôi mắt

World Cup 2026: Đêm Azteca, trọng tài có thêm đôi mắt

World Cup 2026 mở màn tại Mexico City bằng hai bàn thắng, ba tấm thẻ đỏ và một lời tuyên cáo lạnh lùng của công nghệ - trên sân cỏ hiện đại, những gì khuất sau lưng trọng tài chưa chắc đã thoát khỏi những con mắt điện tử. Mexico thắng Nam Phi 2-0, còn VAR cùng các hệ thống theo dõi tân tiến lập tức chiếm lấy phần hậu cảnh, nơi quyền lực đôi khi đáng sợ hơn cả ánh đèn sân khấu.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/6/2026: Tuổi Ngọ đón tin vui tài lộc, tuổi Thân cẩn trọng trong các mối quan hệ

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/6/2026: Tuổi Ngọ đón tin vui tài lộc, tuổi Thân cẩn trọng trong các mối quan hệ

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 13/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Petrovietnam công bố và trao quyết định Phó Bí thư Đảng ủy và Phó Tổng Giám đốc Tập đoàn

Petrovietnam công bố và trao quyết định Phó Bí thư Đảng ủy và Phó Tổng Giám đốc Tập đoàn

Ngày 12/6, Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) tổ chức Lễ công bố quyết định đồng chí Lê Mạnh Cường giữ chức Phó Bí thư Đảng ủy Tập đoàn và đồng chí Vũ Đào Minh giữ chức Phó Tổng Giám đốc Tập đoàn.
Nhận định phiên giao dịch ngày 12/6: Nhà đầu tư nên cân bằng danh mục, chờ dòng tiền quay trở lại

Nhận định phiên giao dịch ngày 12/6: Nhà đầu tư nên cân bằng danh mục, chờ dòng tiền quay trở lại

Thị trường chứng khoán đang trong giai đoạn tích lũy khi dòng tiền suy yếu, thanh khoản xuống thấp và chưa xuất hiện động lực đủ mạnh để hình thành xu hướng tăng mới. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư duy trì trạng thái cân bằng danh mục, hạn chế gia tăng tỷ trọng cổ phiếu và chờ tín hiệu cải thiện rõ ràng hơn từ thanh khoản.
Ngành công nghiệp toàn cầu: Tăng hiệu suất động cơ thêm 0,2% có thể tiết kiệm 12 tỷ USD

Ngành công nghiệp toàn cầu: Tăng hiệu suất động cơ thêm 0,2% có thể tiết kiệm 12 tỷ USD

Một cải tiến tưởng chừng rất nhỏ trong hiệu suất vận hành của các động cơ và máy phát điện công nghiệp lại có thể tạo ra tác động kinh tế và môi trường khổng lồ. Theo báo cáo mới từ ABB, việc nâng hiệu suất của các động cơ và máy phát điện đồng bộ công suất lớn thêm chỉ 0,2% có thể giúp các doanh nghiệp trên toàn cầu tiết kiệm từ 9,5 đến 12 tỷ USD chi phí điện năng, đồng thời cắt giảm tới 75 triệu tấn khí thải CO₂ trong vòng đời vận hành 25 năm.
Diễn đàn Tương lai ASEAN 2026: Khẳng định vai trò của Việt Nam trong định hình tương lai khu vực

Diễn đàn Tương lai ASEAN 2026: Khẳng định vai trò của Việt Nam trong định hình tương lai khu vực

Khép lại ngày 10/6 với sự tham dự của hơn 1.200 đại biểu đến từ nhiều quốc gia và tổ chức quốc tế, Diễn đàn Tương lai ASEAN 2026 (ASEAN Future Forum - AFF 2026) tiếp tục khẳng định vị thế là một trong những không gian đối thoại chiến lược quan trọng của khu vực. Không chỉ tạo diễn đàn trao đổi cởi mở, thực chất về những vấn đề đang định hình tương lai Đông Nam Á, sự kiện còn cho thấy vai trò ngày càng nổi bật của Việt Nam trong việc đóng góp, dẫn dắt và định hình chương trình nghị sự chung của ASEAN.
Biệt thự Eurowindow Central Avenue - Tài sản “giá trị kép” hút giới đầu tư thông thái

Biệt thự Eurowindow Central Avenue - Tài sản “giá trị kép” hút giới đầu tư thông thái

Giữa bối cảnh các kênh đầu tư tài chính biến động rủi ro như chứng khoán, vàng, giới đầu tư tinh anh đang ráo riết dịch chuyển dòng vốn về tài sản thực như bất động sản. Tại trung tâm (TP. Vinh) thủ phủ tỉnh Nghệ An, biệt thự Eurowindow Central Avenue đang là lựa chọn đáng chú ý mang đến lời giải cho bài toán kép: vừa an cư vừa gia tăng giá trị đầu tư dài hạn.
Cách Tân Hoàng Minh kể chuyện chế tác bất động sản bằng ngôn ngữ nghệ thuật

Cách Tân Hoàng Minh kể chuyện chế tác bất động sản bằng ngôn ngữ nghệ thuật

Bằng việc đưa trọn vẹn trải nghiệm không gian sống từ đời thực lên sân khấu, Tân Hoàng Minh Collection Showcase - The Art of Crafted Living chính thức định danh Tập đoàn Tân Hoàng Minh là “Nhà chế tác bất động sản nghệ thuật” với triết lý “Crafted Living”.
VinFast đồng loạt khai trương 66 đại lý xe máy điện mới và showroom cao cấp

VinFast đồng loạt khai trương 66 đại lý xe máy điện mới và showroom cao cấp

Thông tin mới nhất từ VinFast cho biết, hãng vừa đồng loạt khai trương 66 đại lý xe máy điện mới ở 22 tỉnh, thành phố, nâng tổng số cơ sở kinh doanh xe máy điện chính hãng lên gần 750 điểm trên cả nước.
Viettel khởi động cuộc thi phát triển trí tuệ nhân tạo cùng NVIDIA

Viettel khởi động cuộc thi phát triển trí tuệ nhân tạo cùng NVIDIA

Trong tháng 6/2026, Tập đoàn Công nghiệp - Viễn thông Quân đội (Viettel) chính thức khởi động Vietnam AI Open Hackathon 2026 cùng NVIDIA. Đây là cuộc thi phát triển ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) dành cho cộng đồng kỹ sư, nhà nghiên cứu và startup công nghệ tại Việt Nam.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc