Първият в света неметален електромотор прави колите с 80% по-леки

Изследователи от Корейския институт за напреднали науки и технологии (KIST) са разработили първия в света напълно функционален електродвигател, който не съдържа никакви метални компоненти.

Отбелязва се, че разработчиците са заменили медните намотки с въглеродни нанотръби. Създаденият от тях електродвигател е демонстрирал 133% по-добра електрическа проводимост и е бил с 80% по-лек от традиционните конструкции.

„Независимо дали става въпрос за електрически автомобили, дронове или космически кораби, често срещано техническо предизвикателство за бъдещия транспорт е олекотяването. Намаляването на теглото на превозните средства не само намалява консумацията на енергия, но и подобрява ефективността на батериите и увеличава пробега“ — казват изследователите. 

Според д-р Де-Юн Ким, новата технология, използваща въглеродни нанотръби, максимално увеличава електрическите характеристики за управление на електродвигателите, които не съдържат метал. 

„Това са едномерни тръбни наноматериали с въглеродни атоми, разположени в шестоъгълна структура тип „пчелна пита“, за които е известно, че са много по-леки от конвенционалните метали, но същевременно имат отлична електрическа проводимост, механична якост и топлопроводимост“ — добавят разработчиците. 

Разработката е осъществена благодарение на нов метод за почистване, необходим за замяна на медните намотки с въглеродни нанотръби. Използвайки метода за почистване, наречен LAST (Lyotropic Liquid Crystal-Assisted Surface Texturing – Лиотропно текстуриране на повърхността с помощта на течни кристали), изследователите са премахнали металните примеси, които исторически са влияли на технологията на нанотръбите, като същевременно са запазили електрическите свойства. 

Бобините на електрическите двигатели обикновено са изработени от мед поради високата ѝ електрическа проводимост. Медта обаче има плътност от 8,9 грама на кубичен сантиметър, което прави общото тегло на двигателя значително. Въглеродните нанотръбички имат подобна електрическа проводимост и плътност от само 1,7 грама на кубичен сантиметър. Това позволява теглото на двигателя да се намали с 80%.

Ключовият проблем беше замърсяването. По време на производството, частиците метален катализатор се улавят в нанотръбите, което влошава електрическите им характеристики. Чрез разтваряне на нанотръбите в хлоросулфонова киселина, изследователите създадоха течнокристална структура, в която тръбите се самоподравняват. Когато е изложен на вода, този разтвор генерира солна киселина, която премахва примесите от железния катализатор, оставяйки структурите на въглеродните нанотръбки чисти. Този процес е намалил замърсяването с метал от първоначалните 12,7% до по-малко от 0,8%. 

Пречистените въглеродни нанотръби са демонстрирали електрическа проводимост от 7,7 мегасименса на метър. Когато са били интегрирани в двигателя, специфичната скорост на въртене — мярка за производителност на единица тегло — е била 1,06 пъти по-ниска от тази на еквивалентния двигател на медна основа. Двигателят също така е работил непрекъснато в продължение на 60 минути при различни мощностни натоварвания. 

Изследователите са построили модел на автомобил, работещ с този двигател. Според резултатите от симулацията, колата е изминала 10 метра за 25 секунди по асфалтов път.