Mucitlerine göre, yeni bir kuantum sensörü, elektrikli araç pillerinde depolanan enerjiyi mevcut cihazlardan çok daha doğru bir şekilde ölçebilir. Mutsuko Hatano Tokyo Teknoloji Enstitüsü ve Japonya'daki meslektaşları. Sensörleri elmastaki nitrojen boşluğu (NV) merkezlerini kullanır ve elektrikli araçların menzilinde ve enerji verimliliğinde önemli gelişmelere yol açabilir.
Elektrikli araçlar (EV'ler), sera gazı emisyonlarını ortadan kaldırmaya yönelik küresel çabanın önemli bir unsuru olarak görülüyor. Verimliliklerinin bir sınırı, bir EV'nin pillerinde ne kadar enerji kaldığını tahmin etme yeteneğidir.
Bugün, kalan enerji, EV sürülürken pillerden akan elektrik akımı ölçülerek tahmin ediliyor. Bu akımlar yüzlerce ampere ulaşabilse de, ortalama değerleri tipik olarak yaklaşık 10 A'dır. Sonuç olarak, akım sensörlerinin geniş bir dinamik aralıkta çalışması gerekir, bu da onları çevredeki ortamdan gelen gürültüye karşı oldukça duyarlı hale getirir.
Güvenlik marjı
Bu gürültü, bir pilin kalan enerjisinin yalnızca yaklaşık %10'luk bir doğruluk içinde tahmin edilebileceği anlamına gelir. Bu nedenle, güvende olmak için, EV pilleri enerji kapasitelerinin %10'una düştüğünde yeniden şarj edilmelidir. Bu, bir EV'nin sürüş menziline önemli bir sınır koyar ve bir hedef menzile ulaşmak için daha ağır pillerin gerekli olduğu anlamına gelir.
Bu doğruluğu geliştirmek için Hatano'nun ekibi, NV merkezlerine dayalı bir çift elmas kuantum sensörü kullanarak akımı ölçtü. Bir NV merkezi, bir elmas kafesteki iki karbon atomunun, tek bir nitrojen atomu ve bitişik bir boş alan ile değiştirildiği bir kirliliktir.
Bir NV merkezi, harici manyetik alanlara çok duyarlı olan küçük bir spin manyetik momenti gibi davranır. Bu alanlar, ışık ve mikrodalgalar kullanılarak NV merkezlerini inceleyerek çok hassas bir şekilde ölçülebilir.
diferansiyel ölçüm
Araştırmacılar, çalışmalarında, bir EV'nin pilini motorlarına ve diğer elektrikli bileşenlerine bağlayan kalın bir metal şerit olan bir EV barasının her iki tarafına bir çift elmas sensör yerleştirdiler. Baradan bir akım geçerken, her iki elmas sensör tarafından ölçülen bir manyetik alan oluşturur. Sensörler baranın her iki tarafında yer aldığından, bir sensör manyetik alan için pozitif bir değer ölçer ve diğeri negatif bir değer ölçer. En önemlisi, ikisi de aynı gürültü seviyelerini ölçer - bu nedenle bir ölçümü diğerinden çıkarmak gürültüyü ortadan kaldırır.
Yüksek çözünürlüklü elmas sensör, kalpteki elektrik akımlarını haritalar
Ekip, bu diferansiyel tekniği kullanarak, gürültülü ortamlarda bile baradaki akımları 130 A kadar yüksek ve 10 mA kadar düşük ölçtü. Ekip daha sonra akımı ±1000 A'ya yükseltti ve sensörü -45°C–85°C sıcaklık aralığında çalıştırdı ve iyi bir ölçüm performansı gözlemledi.
Ekip, sensörlerin EV pillerinin ağırlığını %10 oranında azaltabileceğini ve bunun da EV'leri hem çalıştırmak hem de üretmek için gereken enerjiyi azaltacağını söylüyor. Sensörlerin ticari olarak piyasaya sürülmesinin 0.2 yılına kadar ulaşım endüstrisi tarafından yayılan karbondioksiti nihayetinde %2030 oranında azaltabileceğini ve potansiyel olarak net sıfır karbon emisyonu hedefini bir adım daha yakınlaştırabileceğini tahmin ediyorlar.
Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Bilimsel Raporlar.
