Сколько раз вы слышали о том, что электромобили слишком много весят? Что ж, эта чушь скоро закончится. В Корее только что изобрели электродвигатели, которые работают без грамма металла. Никакой меди, никакого алюминия, только углеродные нанотрубки, которые весят столько же, сколько лист бумаги, но проводят электричество лучше, чем ваша старая стереосистема. Хитрость? Технология под названием LAST. И если вы думаете, что это лабораторные штучки, то у них уже есть игрушечная машинка на ходу. Следующий шаг? Легкие как перышко электродвигатели.
Прорыв углеродных нанотрубок в электродвигателях
Исследователи Корейский институт науки и технологий (KIST) разработали то, что казалось невозможным: электрические кабели, полностью изготовленные из углеродных нанотрубок. Эти революционные материалы Они не являются абсолютной новинкой, но то, как они превратили их в практические проводники, действительно интересно. Доктор Дэ-Юн Ким и его команда создали то, что они называют CSCEC (Композитные электрические кабели с жилой и оболочкой): кабели толщиной всего 0,3 миллиметра, которые полностью заменяют медь в катушках электродвигателей.
Суть процесса заключается в том, что он называется Текстурирование поверхности с помощью лиотропных жидких кристаллов (ПОСЛЕДНИЙ). Представьте себе жидкие кристаллы как микроскопические проводники, которые выстраивают углеродные нанотрубки в идеальные образования. Этот процесс не только улучшает проводимость на 130%, но также устраняет металлические примеси, которые обычно ухудшают производительность. Результат? Кабели, проводящие электричество сохраняя при этом смехотворно низкий вес.
Как работает технология LAST для электродвигателей
Технология LAST — это бьющееся сердце этой инновации. Углеродные нанотрубки, обычно запутанные как микроскопические спагетти, «дисциплинируются» с помощью Литотопические жидкие кристаллы. Эти кристаллы обладают уникальным свойством: они текут как жидкости, но сохраняют направленный порядок как твердые кристаллы. Когда нанотрубки проходят через эту упорядоченную среду, они идеально выравниваются и разделяются на линейные структуры, идеальные для электропроводности.
Процесс также включает химическую промывку, которая удаляет металлические катализаторы, используемые при производстве нанотрубок. Этот шаг имеет решающее значение, поскольку Металлические примеси могут поставить под угрозу долгосрочные электрические характеристики. Конечным результатом являются кабели CSCEC с проводящей жилой диаметром 256 микрометров, окруженной «изоляционной оболочкой» толщиной всего 10 микрометров.
Команда KIST уже продемонстрировала осуществимость этого решения, создав небольшой электродвигатель, приводящий в движение игрушечную машинку. Этот двигатель полностью не содержит металла. и он отлично работает, хотя и с меньшей производительностью по сравнению с медными эквивалентами.
Двигатель на основе нанотрубок достигает 3.420 об/мин против 18.120 XNUMX у медного, но соотношение веса и производительности необычайно выгодно.
Влияние на электромобили будущего
Последствия для автомобильной промышленности потенциально огромны. Подумайте, сколько меди содержат катушки, например, двигатель Tesla Model S. Заменив медь нанотрубками CSCEC, вес двигателей может снизиться с 68 кг до примерно 52 кг. Это может показаться мелочью, но в электромобиле каждый килограмм имеет значение для автономности и эффективности.
Почему? Ну, потому что снижение веса имеет эффект домино: меньшая вращающаяся масса означает более быстрое ускорение, лучшую реакцию дроссельной заслонки и меньшие механические потери. Система охлаждения может быть меньшего размера, поскольку нанотрубки генерируют меньше тепла. Как мы уже подчеркивали, отрасль отчаянно ищет альтернативы редкоземельным металлам и традиционным металлам.
Экономические проблемы и перспективы развития электродвигателей
Конечно, как всегда, не все так радужно. Электропроводность нанотрубок CSCEC остается ниже, чем у меди: 7,7 мегасименс на метр против 59 у меди. Это означает, что при том же размере двигатели на основе нанотрубок обеспечивают меньшую мощность. Однако соотношение производительности и веса является конкурентоспособным, особенно в приложениях, где каждый грамм имеет значение, таких как аэрокосмическая промышленность и беспилотники.
На данный момент основным препятствием является стоимость: Стоимость производства нанотрубок CSCEC от $375 до $500 за килограмм по сравнению с $10-11 за медь. Но исследователи настроены оптимистично: оптимизация производства и улучшение методов выравнивания могут значительно снизить затраты в ближайшие годы.
Электрическое будущее без металла
Это открытие стало еще одним небольшим, но важным поворотным моментом в разработке электродвигателей. Как уже было замечено в других инновациях, автомобильная промышленность изучает альтернативные способы преодоления текущих ограничений. Углеродные нанотрубки могут стать ключом к более легким и эффективным электромобилям, не зависящим от поставок редкоземельных элементов.
Исследование, опубликованное на Ссылка на сайт Springer Nature открывает захватывающие сценарии: беспилотники с большей автономностью, более гибкие электромобили и, возможно, однажды целые транспортные системы, свободные от зависимости от традиционных металлов. Будущее электродвигателей действительно может быть написано на углероде, а не на меди.
