Nell'era della mobilità elettrica, la sfida della gestione efficiente delle batterie continua a ostacolare la diffusione dei veicoli elettrici. Recentemente, un team di ricercatori dell'Istituto di Scienza di Tokyo (ISCT) ha compiuto un'importante scoperta: hanno sviluppato sensori quantistici al diamante di grande superficie in grado di monitorare con precisione le batterie, un innovazione che potrebbe cambiare il futuro della tecnologia automobilistica.

I sistemi attuali di monitoraggio delle batterie affrontano problemi significativi, come il surriscaldamento e la bassa precisione, che influenzano negativamente le performance e la longevità delle batterie. La tecnologia tradizionale è spesso incapace di captare piccole fluttuazioni di corrente, aumentando così le perdite energetiche e riducendo l'autonomia dei veicoli elettrici. In questo contesto, i sensori al diamante offrono una soluzione avanzata, grazie alle loro peculiarità quantistiche.

Il progetto si è concentrato su un nuovo approccio per superare i limiti delle dimensioni dei cristalli di diamante, generalmente molto piccoli. Gli scienziati hanno progettato un substrato di diamante a grande superficie, integrando centri di vacanza dell'azoto (NV) su un substrato non-diamante. Mutsuko Hatano, professoressa di ingegneria presso l'ISCT, sottolinea l'importanza di questa tecnologia: "La capacità di misurare le correnti in modo preciso e affidabile la rende un candidato ideale per l'ottimizzazione dei sistemi di batterie nei veicoli elettrici."

La produzione di questi sensori è stata realizzata attraverso una tecnologia innovativa chiamata crescita eteroepitassiale, che consente di far crescere uno strato cristallino su un substrato differente. Questo processo ha permesso di integrare perfettamente i centri NV, cruciali per il rilevamento di piccole variazioni nei campi magnetici, che sono fondamentali per monitorare la salute delle batterie.

Per la creazione della piattaforma del sensore quantistico, il team ha prima selezionato un substrato non-diamante compatibile e, successivamente, utilizzando la deposizione chimica da vapore (CVD), ha depositato pellicole di diamante di elevata qualità, ottenendo una perfezione nel reticolo cristallino. Infine, hanno incorporato uno strato di diamante di 150 micrometri che permette di misurare piccole variazioni magnetiche con un tempo di coerenza di spin (T2) di 20 microsecondi, un valore significativo per garantire misurazioni accurate.

Con l'impiego della tecnica di risonanza magnetica rilevata otticamente (ODMR), il team ha verificato che il sensore è capace di misurare correnti minime fino a 10 milliampere su periodi che vanno da 10 millisecondi a 100 secondi. Queste prestazioni rendono i sensori quantistici al diamante estremamente utili per mantenere il flusso di corrente sotto controllo, permettendo così di prolungare la vita delle batterie.

Il futuro della ricerca promette ulteriori sviluppi: il team intende migliorare la densità dei centri NV per ottimizzare ulteriormente le performance. Con l'integrazione di queste tecnologie avanzate, assisteremo a una vera e propria rivoluzione nell'industria dell'auto elettrica. La speranza è che, con continui progressi, i veicoli elettrici possano beneficiare su larga scala di questa innovativa tecnologia quantistica.

Questo studio, che rappresenta un passo decisivo verso il miglioramento della tecnologia delle batterie, è stato pubblicato sulla rivista Advanced Quantum Technologies.