Высокопроводящий алюминий может сравниться с медью

May 23, 2023

Силовая электроника ИНСАЙДЕР

Первое в истории моделирование проводимости алюминия предлагает рецепт недорогого заменителя меди.

В мире электричества медь — король — на данный момент. Ситуация может измениться благодаря новому исследованию Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL), которое предлагает рецепт увеличения проводимости алюминия, что делает его экономически конкурентоспособным по сравнению с медью. Это исследование открывает двери для экспериментов, которые, если они будут полностью реализованы, могут привести к созданию сверхпроводящей алюминиевой альтернативы меди, которая будет полезна на рынках даже за пределами линий электропередачи, совершив революцию в транспортных средствах, электронике и энергосетях.

«Что, если бы вы могли сделать алюминий более проводящим — даже на 80 или 90 процентов таким же проводящим, как медь? Вы могли бы заменить медь, и это имело бы огромное значение, потому что более проводящий алюминий легче, дешевле и более распространен», — сказала Кирти Каппагантула, PNNL. ученый-материаловед и соавтор исследования. «Это общая проблема, которую мы пытаемся решить».

Спрос на медь быстро превышает ее доступность, что приводит к росту ее стоимости. Медь — отличный электрический проводник — она используется во всем, от портативной электроники до подводных кабелей передачи данных, питающих Интернет, — но невозможно избежать того факта, что медь становится все менее доступной и более дорогой. Ожидается, что эти проблемы будут только усугубляться с ростом числа электромобилей (EV), которым требуется вдвое больше меди, чем традиционным автомобилям. Кроме того, медь тяжелая, что снижает эффективность электромобилей.

Алюминий стоит всего лишь одну треть цены и веса меди, но его проводящая способность составляет лишь около 60%. Относительно низкая проводимость алюминия может стать ограничением в реальных приложениях.

«Проводимость является ключевым моментом, поскольку более легкий провод с эквивалентной проводимостью можно использовать для разработки более легких двигателей и других электрических компонентов, поэтому ваш автомобиль потенциально сможет преодолевать большие расстояния», — сказал Каппагантула. «Все, от автомобильной электроники до выработки энергии и передачи этой энергии в ваш дом через сеть для зарядки аккумулятора вашего автомобиля — все, что работает на электричестве, — все может стать более эффективным».

«В течение многих лет мы думали, что металлы невозможно сделать более проводящими. Но это не так», — объяснил Каппагантула. «Если изменить структуру металла и ввести правильные добавки, вы действительно сможете повлиять на его свойства».

Чтобы выяснить, насколько можно повысить проводимость алюминия, Каппагантула и постдокторант PNNL Адитья Ниттала объединились с заслуженным профессором Дэвидом Драбольдом и аспирантом Каши Субеди из Университета Огайо, чтобы выявить влияние температуры и структурных дефектов на проводимость алюминия и разработать поатомный рецепт увеличения его проводимости.

Способность модели имитировать реальные условия удивила даже команду. «Мы не думали, что эти результаты будут настолько близки к реальности», — сказал Каппагантула.

Теперь, когда теоретический рецепт изменения проводимости металла ясен, исследователи планируют посмотреть, насколько они смогут увеличить проводимость алюминия в лаборатории, чтобы согласовать теорию с экспериментальными результатами. Они также изучают возможность увеличения проводимости других металлов с помощью того же моделирования.

Источник