Bedre kobber betyder højere motorer

Forskere ved Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) har øget ledningsevnen for kobbertråd med cirka fem procent. Det kan virke som en lille mængde, men det kan gøre en stor forskel i motoreffektivitet. Højere ledningsevne betyder også, at mindre kobber er nødvendig for den samme effektivitet, som kan reducere vægten og volumenet af forskellige komponenter, der forventes at drive vores fremtidige elbiler.

Laboratoriet gik sammen med General Motors om at afprøve den suppede kobbertråd til brug i motorkomponenter i køretøjer. Som en del af et omkostningsdelt forskningsprojekt, teamet validerede den øgede ledningsevne og fandt ud af, at det også har højere duktilitet - evnen til at strække længere, før det går i stykker. I andre fysiske egenskaber, det opførte sig ligesom almindeligt kobber, så det kan svejses og udsættes for andre mekaniske belastninger uden forringelse af ydeevnen. Det betyder, at ingen specialiserede fremstillingsmetoder er nødvendige for at samle motorer - kun den nye avancerede PNNL -kobberkomposit.

Teknologien kan gælde for enhver industri, der bruger kobber til at flytte elektrisk energi, herunder kraftoverførsel, elektronik, trådløse opladere, elektriske motorer, generatorer, kabler til søs, og batterier.

Brug af en ny, patenteret og patentanmeldt fremstillingsplatform udviklet på PNNL -forskere tilføjede grafen - en meget ledende, nanotyndt lag carbonatomer-til kobber og fremstillet tråd. Stigningen i ledningsevne i forhold til rent kobber er muliggjort af en første i sin art, der kombinerer og ekstruderer metal og kompositmaterialer, herunder kobber.

Skæreinspiration

PNNL's SHAPE -proces kan forbedre ydeevnen af ​​materialer, der ekstruderes gennem processen. SHAPE står for Shear Assisted Processing and Extrusion. Oppositionel, eller forskydning, kraft påføres ved at rotere et metal eller komposit, når det skubbes gennem en matrice for at skabe en ny form. Denne roman, energieffektiv tilgang skaber intern opvarmning ved at deformere metallet, som blødgør det og lader det formes til ledninger, rør, og barer.

"SHAPE er den første proces, der har opnået forbedret ledningsevne i kobber i bulkskalaen, hvilket betyder, at det kan producere materialer i en størrelse og format, som industrien i øjeblikket bruger, som ledninger og stænger, "sagde Glenn Grant, ledende efterforsker. "Fordelen ved at tilføje grafen til kobber er blevet undersøgt før, men disse bestræbelser har primært fokuseret på tynde film eller lagdelte strukturer, der er ekstremt dyre og tidskrævende at lave. SHAPE-processen er den første demonstration af en betydelig ledningsevneforbedring i et kobber-grafenkomposit fremstillet ved en virkelig skalerbar proces. "

Opladningen:metaller med høj ledningsevne til elektriske køretøjer

Ifølge en rapport fra det amerikanske energiministerium fra 2018 om elektriske køretøjer, der er behov for forbedret motoreffektivitet for at øge effekttætheden for elektriske køretøjer. Derudover komponenter skal passe inden for stadig mindre rum, der er tilgængelige i køretøjet. Men reduktion af motorvolumen er begrænset af de materialer, der bruges i nuværende elektriske køretøjer og begrænsninger i elektrisk ledningsevne af kobberviklinger.

Tilsætning af grafen til kobber har vist sig at være vanskelig, fordi tilsætningsstofferne ikke blandes ensartet, skabe klumper og porerum inden i strukturen. Men SHAPE -processen eliminerer porerum, mens additiverne fordeles ensartet i metallet, hvilket kan være årsagen til forbedret elektrisk ledningsevne.

"SHAPEs ensartede spredning af grafen er årsagen til, at der kun er brug for virkelig små mængder tilsætningsstof - cirka seks dele pr. Million grafenflager - for at få en væsentlig forbedring på 5 procent i ledningsevne, "sagde PNNL -materialeforsker Keerti Kappagantula." Andre metoder kræver store mængder grafen, som er meget dyrt at lave, og stadig ikke har nærmet os den høje ledningsevne, vi har demonstreret i bulkskala. "

General Motors Research and Development ingeniører bekræftede, at kobbertråd med højere ledningsevne kan svejses, loddet, og formet på nøjagtig samme måde som konventionel kobbertråd. Dette indikerer problemfri integration med eksisterende motorfremstillingsprocesser.

"Til yderligere letvægtsmotorer, fremskridt inden for materialer er det nye paradigme, "sagde Darrell Herling fra PNNL's Energy Processes and Materials Division." Højere ledningsevne kobber kan være en forstyrrende tilgang til letvægt og/eller øge effektiviteten for ethvert elektrisk motor- eller trådløst køretøjs opladningssystem. "