Un capteur quantique pourrait réduire le poids de la batterie du véhicule électrique de 10 %

Un nouveau capteur quantique peut mesurer l'énergie stockée dans les batteries des véhicules électriques avec beaucoup plus de précision que les appareils existants - selon ses inventeurs Mutsuko Hatano au Tokyo Institute of Technology et ses collègues au Japon. Leur capteur utilise des centres de lacune d'azote (NV) dans le diamant et pourrait conduire à des améliorations substantielles de l'autonomie et de l'efficacité énergétique des véhicules électriques.

Les véhicules électriques (VE) sont largement considérés comme un élément crucial de l'effort mondial visant à éliminer les émissions de gaz à effet de serre. L'une des limites de leur efficacité est la capacité d'un véhicule électrique à estimer la quantité d'énergie restante dans ses batteries.

Aujourd'hui, l'énergie restante est estimée en mesurant le courant électrique provenant des batteries lorsque le véhicule électrique est en marche. Bien que ces courants puissent atteindre des centaines d'ampères, leur valeur moyenne est généralement d'environ 10 A. Par conséquent, les capteurs de courant doivent fonctionner sur une large plage dynamique, ce qui les rend très sensibles au bruit de l'environnement environnant.

Marge de sécurité

Ce bruit signifie que l'énergie restante d'une batterie ne peut être estimée qu'avec une précision d'environ 10 %. Par conséquent, pour être sûres, les batteries des véhicules électriques doivent être rechargées une fois qu'elles ont atteint 10 % de leur capacité énergétique. Cela limite considérablement l'autonomie d'un véhicule électrique et signifie que des batteries plus lourdes sont nécessaires pour atteindre une autonomie cible.

Pour améliorer cette précision, l'équipe de Hatano a mesuré le courant à l'aide d'une paire de capteurs quantiques en diamant basés sur des centres NV. Un centre NV est une impureté dans laquelle deux atomes de carbone dans un réseau de diamant sont remplacés par un seul atome d'azote et un espace vide adjacent.

Un centre NV se comporte comme un petit moment magnétique de spin très sensible aux champs magnétiques externes. Ces champs peuvent être mesurés très précisément en sondant les centres NV à l'aide de la lumière et des micro-ondes.

Mesure différentielle

Dans leur étude, les chercheurs ont placé une paire de capteurs en diamant de chaque côté d'un jeu de barres EV, qui est une épaisse bande de métal qui relie la batterie d'un EV à ses moteurs et autres composants électriques. Lorsqu'un courant traverse le jeu de barres, il crée un champ magnétique qui est mesuré par les deux capteurs en diamant. Étant donné que les capteurs sont situés de chaque côté du jeu de barres, un capteur mesure une valeur positive pour le champ magnétique et l'autre mesure une valeur négative. Fondamentalement, ils mesurent tous les deux les mêmes niveaux de bruit - donc soustraire une mesure de l'autre élimine le bruit.

À l'aide de cette technique différentielle, l'équipe a mesuré des courants dans le jeu de barres aussi élevés que 130 A et aussi faibles que 10 mA, même dans des environnements bruyants. L'équipe a ensuite augmenté le courant à ±1000 A et a fait fonctionner le capteur dans la plage de température de -45°C à 85°C et a observé de bonnes performances de mesure.

L'équipe affirme que les capteurs pourraient réduire le poids des batteries de VE de 10 %, ce qui réduirait l'énergie nécessaire pour faire fonctionner et produire des VE. Ils estiment que le déploiement commercial des capteurs pourrait à terme réduire le dioxyde de carbone émis par l'industrie des transports d'environ 0.2 % d'ici 2030, ce qui pourrait rapprocher un peu plus l'objectif de zéro émission nette de carbone.

La recherche est décrite dans Rapports scientifiques.