Feltalálói szerint egy új kvantumérzékelő sokkal pontosabban képes mérni az elektromos járművek akkumulátoraiban tárolt energiát, mint a meglévő eszközök Mutsuko Hatano a Tokiói Technológiai Intézetben és kollégáiban Japánban. Érzékelőjük gyémánt nitrogén-üresedési (NV) központokat használ, és jelentős javulást eredményezhet az elektromos járművek hatótávolságában és energiahatékonyságában.
Az elektromos járműveket (EV) széles körben az üvegházhatású gázok kibocsátásának megszüntetésére irányuló globális erőfeszítések kulcsfontosságú elemének tekintik. Hatékonyságuk egyik korlátja az elektromos járművek azon képessége, hogy megbecsüljék, mennyi energia marad az akkumulátorokban.
Napjainkban a fennmaradó energiát úgy becsülik meg, hogy megmérik az akkumulátorokból az elektromos jármű hajtása közben kiáramló elektromos áramot. Bár ezek az áramok akár több száz ampert is elérhetnek, átlagos értékük jellemzően csak 10 A körül van. Ennek eredményeként az áramérzékelőknek nagy dinamikatartományban kell működniük, ami nagyon érzékeny a környező környezet zajára.
Biztonsági határ
Ez a zaj azt jelenti, hogy az akkumulátor maradék energiája csak 10% körüli pontossággal becsülhető meg. Ezért a biztonság érdekében az elektromos járművek akkumulátorait újra kell tölteni, amint energiakapacitásuk 10%-ára csökken. Ez jelentősen korlátozza az elektromos járművek hatótávolságát, és azt jelenti, hogy nehezebb akkumulátorokra van szükség a céltartomány eléréséhez.
A pontosság javítása érdekében Hatano csapata egy pár gyémánt kvantumérzékelővel mérte az áramerősséget, amelyek NV-központokon alapulnak. Az NV-centrum egy szennyeződés, amelyben a gyémántrácsban két szénatomot egyetlen nitrogénatom és egy szomszédos üres tér helyettesít.
Az NV-központ apró spin mágneses momentumként viselkedik, amely nagyon érzékeny a külső mágneses mezőkre. Ezek a mezők nagyon pontosan mérhetők az NV-központok fény és mikrohullámú szondázásával.
Differenciálmérés
Tanulmányukban a kutatók egy pár gyémánt érzékelőt helyeztek el az elektromos járművek gyűjtősínjének mindkét oldalán, amely egy vastag fémcsík, amely az elektromos járművek akkumulátorát a motorokhoz és más elektromos alkatrészekhez köti. Ahogy az áram áthalad a gyűjtősínen, mágneses mezőt hoz létre, amelyet mindkét gyémánt érzékelő mér. Mivel az érzékelők a gyűjtősín két oldalán helyezkednek el, az egyik érzékelő pozitív értéket mér a mágneses térre, a másik pedig negatív értéket. Lényeges, hogy mindkettő ugyanazt a zajszintet méri – így az egyik mérési érték kivonása a másikból megszünteti a zajt.
A nagy felbontású gyémánt érzékelő feltérképezi a szív elektromos áramait
Ezzel a differenciáltechnikával a csapat 130 A-ig és 10 mA-ig mért áramerősséget a gyűjtősínben – még zajos környezetben is. A csapat ezután ±1000 A-re emelte az áramerősséget, és az érzékelőt -45°C és 85°C közötti hőmérséklet-tartományban működtette, és jó mérési teljesítményt figyelt meg.
A csapat szerint az érzékelők 10%-kal csökkenthetik az elektromos járművek akkumulátorainak súlyát, ami csökkentené az elektromos járművek működtetéséhez és gyártásához szükséges energiát. Becsléseik szerint az érzékelők kereskedelmi forgalomba hozatala 0.2-ra mintegy 2030%-kal csökkentheti a közlekedési ágazat szén-dioxid-kibocsátását, ami egy lépéssel közelebb hozhatja a nulla szén-dioxid-kibocsátás célját.
A kutatás leírása a Tudományos jelentései.
