Норвезькі вчені представили більш легке проведення для збільшення дальності та ефективності електромобілів

Мідь є найбільш поширеним провідником завдяки своїй вартості, доступності, міцності та хорошій провідності.

Електромобілі (EV) є поєднанням передових технологій, які кардинально змінюють сучасний транспорт.

Незважаючи на перевагу над автомобілями з двигунами внутрішнього згоряння (ICE) у більшості аспектів, електромобілі стикаються з проблемами дальності ходу та енергоефективності. Поліпшення цих параметрів потребує інновацій у різних компонентах, у тому числі щодо ваги транспортних засобів.

Дослідники з SINTEF (Фонду промислово-технічних досліджень) та NTNU (Норвезького університету науки та технологій) працюють над зниженням ваги провідників, які використовуються в електромобілях.

Вплив ваги на ефективність EV

Вага будь-якого транспортного засобу — як електричного, так і ДВС — безпосередньо впливає на витрату енергії, чи то електрику, чи то паливо.

Так, мідна проводка в електромобілях може важити від 83 до 369 кг (183-814 фунтів) для легкових автомобілів та автобусів відповідно.

Хоча це лише частина загальної маси транспортного засобу, вчені вважають, що невеликі зміни можуть суттєво вплинути на його продуктивність.

Заміна міді алюмінієм

Мідь широко використовується завдяки своїй вартості, доступності, міцності, високій провідності та пластичності, що дозволяє створювати дроти складної форми.

Однак її вага впливає на дальність ходу та ефективність електромобілів, що є одним із ключових обмежень масового впровадження EV.

Дослідники пропонують частково замінити мідь на алюміній, який має схожі провідні характеристики і також добре піддається обробці.

Крім того, алюміній значно легший за мідь, його щільність складає всього третину від щільності міді, що робить його перспективним матеріалом для зниження ваги автомобілів.

Технологія холодного зварювання

Основна проблема при з'єднанні міді та алюмінію полягає в тому, що традиційні методи зварювання на високих температурах призводять до утворення крихких інтерметалідів, що погіршують провідність матеріалу.

Щоб вирішити цю проблему, вчені вивчили метод холодного зварювання, за якого використовуються низькі температури, що знижує ймовірність утворення небажаних сполук.

Перспективні результати

Дослідники використовують запатентовану технологію Hybrid Metal Extrusion & Bonding (HYB), розроблену в NTNU.

Цей метод використовує механічний тиск і тертя для створення тонких і повільно зростаючих міжметалевих з'єднань на межі міді та алюмінію.

Завдяки цьому електропровідні та механічні властивості гібридного провідника зберігаються стабільними, а різні сегменти провідника виконують свої функції залежно від їхнього розташування в електромобілі.

Для дослідження структури сполуки вчені застосовують різноманітні методи електронної мікроскопії.

Попередні результати показують, що метод HYB формує міцніші з'єднання між міддю та алюмінієм, ніж традиційні способи зварювання.

Попри це залишаються невирішені проблеми. Наприклад, чистий алюміній механічно слабший за мідь, а його сплави, хоч і мають підвищену міцність, втрачають свої властивості при нагріванні.

"Ми також досліджуємо на атомарному рівні причини зниження міцності при нагріванні та шукаємо способи покращення сплавів, щоб вони краще витримували високі температури", - розповів Йорген А. Серхауг із SINTEF у прес-релізі.

Вплив на електромобільний ринок Норвегії

Ця розробка особливо важлива для Норвегії, країни з одним із найвищих рівнів проникнення електромобілів у світі. У 2024 році близько 89% нових автомобілів у країні були повністю електричними.

У легкових автомобілях зниження ваги збільшить дальність ходу — один з найважливіших факторів для споживачів.

Крім того, розробка може вплинути на комерційний транспорт, зробивши електричні автобуси та вантажівки більш ефективними та далекобійними.

"Оптимизуючи структуру зварного шва на мікрорівні, ми створюємо наноструктуру, яка підвищує міцність та провідність. Це особливо важливо для електричних систем, таких як акумуляторні батареї компанії Corvus Energy", - додала Ранді Холместад із NTNU.