Koolstofnanobuisjes vervangen metalen spoelen voor ultra-lichtgewicht elektrische motoren

Of het nu gaat om elektrische voertuigen, drones of ruimtevaartuigen, een gemeenschappelijke technische uitdaging voor toekomstig transport is lichtgewicht.

Het verminderen van het gewicht van een voertuig vermindert niet alleen het energieverbruik, maar verhoogt ook de batterijefficiëntie en verhoogt het bereik. Dit wordt beschouwd als een belangrijke technologie die direct is gekoppeld aan duurzaamheid, omdat het de prestaties van het systeem als geheel verbetert en dus bijdraagt ​​aan het verminderen van de uitstoot van koolstof.

Vooral elektrische motoren zijn een essentieel onderdeel van de meeste elektrische mobiliteitsvoertuigen, en spoelen zijn goed voor een groot deel van het totale gewicht van de motor.

Tot nu toe zijn metalen zoals koper gebruikt als het belangrijkste materiaal voor spoelen vanwege hun hoge elektrische geleidbaarheid, maar er is consequent op gewezen dat ze verschillende beperkingen hebben, zoals moeilijkheden bij het veiligstellen van middelen, prijsvolatiliteit en gewichtsproblemen als gevolg van hoge dichtheid.

Dr. Dae-Yoon Kim en zijn team van het Korea Institute of Science and Technology (KIST) Composite Materials Research Institute zijn erin geslaagd de spoel van een elektromotor te bouwen met alleen koolstofnanobuisjes (CNT’s) zonder enige metalen, en realiseren het tot het punt waar het daadwerkelijk kan lopen.

Het team voerde experimenten uit door de spoel van CNT’s op de motor toe te passen en ontdekte dat de revoluties per minuut (RPM) van de motor stabiel konden worden geregeld volgens de ingangsspanning. Dit toont aan dat de basisbewerking van een motor, die elektrische energie omzet in mechanische rotatiekracht, kan worden bereikt zonder metaal.

Het werk is gepubliceerd in het dagboek Geavanceerde composieten en hybride materialen.

CNT’s zijn eendimensionale buisvormige nanomaterialen met koolstofatomen gerangschikt in een zeshoekige honingraatstructuur, waarvan bekend is dat ze veel lichter zijn dan gewone metalen, terwijl ze tegelijkertijd een uitstekende elektrische geleidbaarheid, mechanische sterkte en thermische geleidbaarheid bezitten.

Deze eigenschappen hebben al lang de aandacht getrokken als materiaal van de volgende generatie, maar CNT’s hebben een aantal belemmeringen voor industriële toepassingen in de praktijk gehad.

Een van de technische obstakels is het residu van katalysatormetalen die tijdens het productieproces worden gebruikt. Deze blijven als metalen deeltjes op het oppervlak van CNT’s, waarbij hun elektrische eigenschappen worden afgebroken, die direct gerelateerd zijn aan motorprestaties, waardoor het moeilijk is om CNT’s te gebruiken in krachtige componenten.

Het team heeft een nieuw CNT -zuiveringsproces ontwikkeld dat het uitlijningsprincipe van vloeibare kristallen, a gebruikt “Vierde staat van materie” Bekend als de tussenliggende toestand tussen vloeistof en vaste stof. Het proces lost natuurlijk sterke aggregatie op tijdens de uitlijning van CNT’s, waardoor metalen deeltjes die op het oppervlak blijven effectief worden verwijderd.

Het belangrijkste is dat het in staat is om selectief onzuiverheden te verwijderen zonder de nanostructuur van de CNT’s te beschadigen, waardoor het duidelijk verschilt van bestaande zuiveringsmethoden op vloeistof- en gasfase. De gezuiverde CNT’s tonen een aanzienlijke verbetering van de geleidbaarheid, die kan worden gebracht op een niveau dat kan worden toegepast op werkelijke elektromotoren.

“Door een nieuw concept van hoogwaardige CNT-technologie te ontwikkelen die nog nooit eerder heeft bestaan, konden we de elektrische prestaties van CNT-spoelen maximaliseren om elektrische motoren zonder metaal aan te drijven,” zei Dr. Dae-yoon Kim van Kist.

“Op basis van de innovatie van CNT -materialen zullen we het voortouw nemen bij het lokaliseren van materialen zoals geleidende materialen voor batterijen, lulsels voor halfgeleiders en kabels voor robots.”