Un nuevo sensor cuántico puede medir la energía almacenada en las baterías de los vehículos eléctricos con mucha más precisión que los dispositivos existentes, según sus inventores. mutsuko hatano en el Instituto de Tecnología de Tokio y sus colegas en Japón. Su sensor utiliza centros de vacancia de nitrógeno (NV) en diamante y podría conducir a mejoras sustanciales en el alcance y la eficiencia energética de los vehículos eléctricos.
Los vehículos eléctricos (EV) son ampliamente vistos como un elemento crucial del esfuerzo global para eliminar las emisiones de gases de efecto invernadero. Un límite en su eficiencia es la capacidad de un EV para estimar cuánta energía queda en sus baterías.
Hoy en día, la energía restante se estima midiendo la corriente eléctrica que fluye de las baterías a medida que se conduce el EV. Aunque estas corrientes pueden alcanzar hasta cientos de amperios, su valor promedio suele rondar los 10 A. Como resultado, los sensores de corriente deben operar en un amplio rango dinámico, lo que los hace altamente susceptibles al ruido del entorno circundante.
Margen de seguridad
Este ruido significa que la energía restante de una batería solo se puede estimar con una precisión de alrededor del 10 %. Por lo tanto, para estar seguros, las baterías de los vehículos eléctricos se deben recargar una vez que hayan caído al 10 % de su capacidad energética. Esto pone un límite significativo en el rango de manejo de un EV y significa que se requieren baterías más pesadas para lograr un rango objetivo.
Para mejorar esta precisión, el equipo de Hatano midió la corriente utilizando un par de sensores cuánticos de diamante basados en centros NV. Un centro NV es una impureza en la que dos átomos de carbono en una red de diamante se reemplazan por un solo átomo de nitrógeno y un espacio vacío adyacente.
Un centro NV se comporta como un diminuto momento magnético de espín que es muy sensible a los campos magnéticos externos. Estos campos se pueden medir con mucha precisión sondeando los centros NV usando luz y microondas.
Medida diferencial
En su estudio, los investigadores colocaron un par de sensores de diamante a cada lado de una barra colectora de EV, que es una tira gruesa de metal que conecta la batería de un EV a sus motores y otros componentes eléctricos. Cuando la corriente pasa a través de la barra colectora, crea un campo magnético que es medido por ambos sensores de diamante. Debido a que los sensores están ubicados a ambos lados de la barra colectora, un sensor mide un valor positivo para el campo magnético y el otro mide un valor negativo. Fundamentalmente, ambos miden los mismos niveles de ruido, por lo que restar una medida de la otra elimina el ruido.
El sensor de diamante de alta resolución mapea las corrientes eléctricas en el corazón
Usando esta técnica diferencial, el equipo midió corrientes en la barra colectora tan altas como 130 A y tan bajas como 10 mA, incluso en entornos ruidosos. Luego, el equipo aumentó la corriente a ±1000 A y operó el sensor en el rango de temperatura de -45 °C a 85 °C y observó un buen rendimiento de medición.
El equipo dice que los sensores podrían reducir el peso de las baterías de los vehículos eléctricos en un 10 %, lo que reduciría la energía necesaria para ejecutar y producir vehículos eléctricos. Estiman que el despliegue comercial de los sensores podría, en última instancia, reducir el dióxido de carbono emitido por la industria del transporte en un 0.2% para 2030, lo que podría acercar un paso más el objetivo de emisiones netas de carbono cero.
La investigación se describe en Informes científicos.
