باحثون يعلنون عن “نحاس موصل جيد” يقلل من وزن المحركات
يزيد كفاءة محركات السيارات الكهربائية
أعلن باحثون في مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني (PNNL) أنهم زادوا من موصلية الأسلاك النحاسية بنحو خمسة بالمائة. قد يبدو هذا رقما صغيرًا ، لكنه يمكن أن يحدث فرقًا كبيرًا في كفاءة المحرك. قد تعني الموصلية العالية أيضًا أنه ستكون هناك حاجة إلى قدر أقل من النحاس لنفس الكفاءة ، مما قد يقلل من وزن وحجم المكونات المختلفة التي تشغل المركبات الكهربائية.
تعاون المختبر مع جنرال موتورز لاختبار الأسلاك النحاسية المطورة في مكونات المحرك. كجزء من مشروع بحثي مشترك التكلفة ، يقول الفريق إنه تحقق من الموصلية المتزايدة لمركب النحاس الجديد ووجد أيضًا أن لديه ليونة أعلى – القدرة على التمدد أبعد قبل أن ينكسر.
في الخصائص الفيزيائية الأخرى ، كان يتفاعل تمامًا مثل النحاس العادي ، لذلك يمكن لحامه وتعريضه لضغوط ميكانيكية أخرى دون أي تدهور في الأداء. هذا يعني أنه لا توجد طرق تصنيع متخصصة ضرورية لتجميع المحركات.
يمكن تطبيق هذه التقنية على أي صناعة تستخدم النحاس لتوصيل الكهرباء ، بما في ذلك نقل الطاقة والإلكترونيات وأجهزة الشحن اللاسلكية والمحركات الكهربائية والمولدات والكابلات تحت البحر والبطاريات.
باستخدام منصة تصنيع جديدة تم تطويرها في PNNL ، أضاف الباحثون الجرافين – وهو صفيحة عالية التوصيل ورقيقة النانو من ذرات الكربون – إلى النحاس والأسلاك المنتجة. أصبحت التوصيلية المتزايدة ممكنة بواسطة آلة تجمع وتبث المعادن والمواد المركبة ، بما في ذلك النحاس.
تقول PNNL إن عملية المعالجة بمساعدة القص (ShAPE) يمكن أن تحسن أداء المواد. يتم تطبيق القوة المعاكسة ، أو القص ، عن طريق تدوير معدن أو مركب حيث يتم دفعه خلال قالب لإنشاء شكل جديد. وفقًا لباحثي PNNL ، فإن هذا النهج يخلق تسخينًا داخليًا عن طريق تشويه المعدن ، مما يؤدي إلى تليينه ويسمح له بالتشكل في أسلاك وأنابيب وقضبان.
قال الباحث الرئيسي جلين جرانت: “ShAPE هي العملية الأولى التي حققت موصلية محسنة في النحاس على نطاق واسع ، مما يعني أنه يمكن أن تنتج مواد بالحجم والشكل الذي تستخدمه الصناعة حاليًا ، مثل الأسلاك والقضبان”. “لقد تم التحقق من فائدة إضافة الجرافين إلى النحاس من قبل ، ولكن هذه الجهود ركزت بشكل أساسي على الأغشية الرقيقة أو الهياكل ذات الطبقات التي تكون مكلفة للغاية وتستغرق وقتًا طويلاً في صنعها. إن عملية ShAPE هي أول دليل على تحسن كبير في الموصلية في مركبات النحاس-الجرافين المصنوعة من خلال عملية قابلة للتطوير حقًا “.
ثبت أن إضافة الجرافين إلى النحاس أمر صعب لأن المواد المضافة لا تمتزج بشكل موحد ، مما يخلق كتلًا ومساحات مسامية داخل الهيكل. يقول علماء PNNL إن عملية ShAPE تقضي على فراغات المسام بينما توزع أيضًا المواد المضافة داخل المعدن بشكل موحد ، وهو ما قد يكون سببًا لتحسين التوصيل الكهربائي.
قال عالم المواد في PNNL KeertiKappagantula: “تشتت ShAPE المنتظم للجرافين هو السبب وراء الحاجة إلى كميات ضئيلة جدًا من المواد المضافة – حوالي 6 أجزاء في المليون من رقائق الجرافين – للحصول على تحسن كبير بنسبة 5 بالمائة في التوصيل” “تتطلب الطرق الأخرى كميات كبيرة من الجرافين ، وهو مكلف للغاية في صنعه ، ولا يزال لم يقترب من الموصلية العالية التي أظهرناها على نطاق واسع.”
قال داريل هيرلينج من قسم عمليات ومواد الطاقة في PNNL: “لمزيد من المحركات خفيفة الوزن ، فإن التقدم في المواد هو النموذج الجديد”. “يمكن أن يكون النحاس ذو الموصلية العالية طريقة معطلة لوزن خفيف أو زيادة الكفاءة لأي محرك كهربائي أو نظام شحن لاسلكي للمركبة.”
إقرأ أيضا:
تحالف كبير بين جنرال موتورز ومايكروسوفت.. أعرف التفاصيل
أفضل محطات شحن السيارات الكهربائية بالأسواق
