پیشرفت چشمگیر در باتری‌های خودروهای برقی با حسگر کوانتومی الماس

گروهی از پژوهشگران در حال بررسی پتانسیل استفاده از حسگرهای کوانتومی الماس برای بهبود روش‌های نظارت بر سیستم‌های خودروهای برقی (EV) هستند.

آن‌ها نمونه‌ای از حسگر باتری خودرو برقی با حسگر کوانتومی الماس که دارای حساسیت بالا و دامنه دینامیکی گسترده است، توسعه داده‌اند.

هدف پژوهشگران این است که چالش‌های فنی مربوط به چگونگی ترازبندی محور نیتروژن-خلاء (NV) حسگرهای الماس با میدان‌های مغناطیسی خارجی را حل کنند.

پژوهشگران در مقاله‌ای که در مجله علوم و فناوری کوانتومی منتشر شده، تاکید کردند که “حسگرهای الماس به‌طور ذاتی می‌توانند از دماهای کریوژنی تا دماهای می‌رسند تا 600 K کار کنند.”

با این حال، احتیاط‌های اجرای لازم است تا عملکرد ذاتی حسگرهای کوانتومی الماس بهره‌برداری شود.

مقابله با چالش‌های ترازی

این مطالعه نشان داد که حتی ناترازی کوچک در حسگر می‌تواند منجر به خطاهای قابل توجهی در فرکانس رزونانس حسگر شود.

پژوهشگران روشی برای اندازه‌گیری و تنظیم این ناترازی‌ها توسعه دادند که به طور قابل توجهی دقت پاسخ حسگرها به جریانات از 20 تا 1000 آمپر (A) را بهبود بخشید.

پژوهشگران تأکید کردند که “ما نقاط کلیدی اجرای لازم برای دستیابی به دقت ایده‌آل هنگام استفاده از حسگرهای کوانتومی الماس در نظارت بر باتری‌های خودروی برقی را بررسی کردیم.”

حسگرهای کوانتومی الماس به‌ویژه جالب هستند زیرا از مراکز نیتروژن-خلاء، که نقص‌های کوچکی در الماس هستند، به عنوان مبنای اندازه‌گیری استفاده می‌کنند.

این حسگرها به میدان‌های مغناطیسی بسیار حساس هستند و می‌توانند در دمای اتاق کار کنند، که این ویژگی‌ها آن‌ها را برای کاربردهای زمانی واقعی مانند نظارت بر وضعیت و عملکرد باتری‌های خودروهای برقی ایده‌آل می‌کند.

تنظیمات تجربی

در این مطالعه، پژوهشگران به صورت سیستماتیک بررسی کردند که چگونه ناترازی بر عملکرد حسگر تاثیر می‌گذارد.

آن‌ها از یک بلور خاص الماس، معروف به الماس نوع Ib که تحت فشار و دمای بالا تهیه شده است (HPHT)، که حاوی تعداد خاصی از مراکز NV است، استفاده کردند.

حسگر تحت میدان‌های مغناطیسی مختلف و در عین حال حفظ دمای باتری باریکه—جزئی اساسی در سیستم‌های باتری خودروهای برقی—آزمایش شد.

مقاله تأکید کرد که “به طور خاص، عملکرد معمول از -150°C تا 150°C نظارت باتری خودروی برقی تأیید شد، که نشان‌دهنده این است که نمونه حسگر باتری خودروی برقی ممکن است نه تنها در زمین بلکه در فضا و در اعماق دریاهای هیدروترمال نیز کاربرد داشته باشد.”

داده‌های تجربی با استفاده از روش برازش حداقل مربع، که یک تکنیک ریاضی برای یافتن بهترین منحنی برازش داده‌ها است، تحلیل شدند.

تحلیل نتایج

این تحلیل به پژوهشگران کمک کرد تا ضرایبی را تعیین کنند که توضیح می‌دهد چگونه تغییرات جریان باتری بر فرکانس رزونانس حسگر تأثیر می‌گذارد. این یافته‌ها به آن‌ها امکان داد تا تنظیماتی ایجاد کنند که دقت حسگر را بهبود بخشد.

پژوهشگران نتیجه‌گیری کردند: “هم‌اکنون روشی برای کمی کردن ناترازی بین محور NV حسگر الماس و میدان‌های مغناطیسی ثابت و جریان توسعه یافته است و ناترازی می‌تواند به حداقل رسیده شود.”

این تحقیق نشان داد که با ترازبندی و تنظیمات دقیق، حسگرهای کوانتومی الماس می‌توانند میدان‌های مغناطیسی را با دقت بالا اندازه‌گیری کنند، که برای عملکرد ایمن و موثر باتری‌های خودروهای برقی ضروری است.

علاوه بر این، این پژوهش می‌تواند به سایر فناوری‌های حسگرهای کوانتومی نیز فایده برساند و دقت و قابلیت اطمینان آن‌ها را بهبود بخشد.

با افزایش نیاز به نظارت دقیق در سیستم‌های انرژی پایدار، یافته‌های این پژوهش می‌توانند به پیشرفت‌های فناورانه قابل توجهی منجر شوند.