Норвежские ученые представили более легкую проводку для увеличения дальности и эффективности электромобилей

Медь является наиболее распространенным проводником благодаря своей стоимости, доступности, прочности и хорошей проводимости.

Электромобили (EV) представляют собой сочетание передовых технологий, которые кардинально меняют современный транспорт.

Несмотря на превосходство над автомобилями с двигателями внутреннего сгорания (ICE) в большинстве аспектов, электромобили сталкиваются с проблемами дальности хода и энергоэффективности. Улучшение этих параметров требует инноваций в разных компонентах, в том числе в вопросе веса транспортных средств.

Исследователи из SINTEF (Фонда промышленно-технических исследований) и NTNU (Норвежского университета науки и технологий) работают над снижением веса проводников, используемых в электромобилях.

Влияние веса на эффективность EV

Вес любого транспортного средства — как электрического, так и с ДВС — напрямую влияет на расход энергии, будь то электричество или топливо.

Так, медная проводка в электромобилях может весить от 83 до 369 кг (183–814 фунтов) для легковых автомобилей и автобусов соответственно.

Хотя это лишь часть общей массы транспортного средства, ученые считают, что небольшие изменения могут существенно повлиять на его производительность.

Замена меди алюминием

Медь широко используется благодаря своей стоимости, доступности, прочности, высокой проводимости и пластичности, позволяющей создавать провода сложной формы.

Однако ее вес влияет на дальность хода и эффективность электромобилей, что является одним из ключевых ограничений массового внедрения EV.

Исследователи предлагают частично заменить медь на алюминий, который обладает схожими проводящими характеристиками и также хорошо поддается обработке.

Кроме того, алюминий значительно легче меди, его плотность составляет всего треть от плотности меди, что делает его перспективным материалом для снижения веса автомобилей.

Технология холодной сварки

Основная проблема при соединении меди и алюминия заключается в том, что традиционные методы сварки на высоких температурах приводят к образованию хрупких интерметаллидов, ухудшающих проводимость материала.

Чтобы решить эту проблему, ученые изучили метод холодной сварки, при котором используются низкие температуры, что снижает вероятность образования нежелательных соединений.

Перспективные результаты

Исследователи применяют запатентованную технологию Hybrid Metal Extrusion & Bonding (HYB), разработанную в NTNU.

Этот метод использует механическое давление и трение для создания тонких и медленно растущих межметаллических соединений на границе меди и алюминия.

Благодаря этому электропроводные и механические свойства гибридного проводника сохраняются стабильными, а разные сегменты проводника выполняют свои функции в зависимости от их расположения в электромобиле.

Для исследования структуры соединения ученые применяют различные методы электронной микроскопии.

Предварительные результаты показывают, что метод HYB формирует более прочные соединения между медью и алюминием, чем традиционные способы сварки.

Несмотря на это, остаются нерешенные проблемы. Например, чистый алюминий механически слабее меди, а его сплавы, хоть и обладают повышенной прочностью, теряют свои свойства при нагревании.

"Мы также исследуем на атомарном уровне причины снижения прочности при нагревании и ищем способы улучшения сплавов, чтобы они лучше выдерживали высокие температуры", — рассказал Йорген А. Серхауг из SINTEF в пресс-релизе.

Влияние на электромобильный рынок Норвегии

Эта разработка особенно важна для Норвегии, страны с одним из самых высоких уровней проникновения электромобилей в мире. В 2024 году около 89% новых автомобилей в стране были полностью электрическими.

В легковых автомобилях снижение веса напрямую увеличит дальность хода — один из важнейших факторов для потребителей.

Кроме того, разработка может повлиять на коммерческий транспорт, сделав электрические автобусы и грузовики более эффективными и дальнобойными.

"Оптимизируя структуру сварного шва на микроуровне, мы создаем наноструктуру, которая повышает прочность и проводимость. Это особенно важно для электрических систем, таких как аккумуляторные батареи компании Corvus Energy", — добавила Ранди Холместад из NTNU.