​Композит ORNL увеличивает токовую емкость медных проводов

-
09:05
63
​Композит ORNL увеличивает токовую емкость медных проводов

Ученые Окриджской национальной лаборатории (ORNL) создали композит, который увеличивает электрическую токовую емкость медных проводов, предоставляя новый материал, который может быть масштабирован для использования в ультраэффективных, плотных по мощности тяговых электродвигателях для электромобилей.

Исследования направлены на снижение барьеров на пути более широкого внедрения электромобилей, включая снижение стоимости владения и повышение производительности и срока службы таких компонентов, как электродвигатели и силовая электроника. Материал может быть использован в любом компоненте, использующем медь, включая более эффективные шины и меньшие по размеру разъемы для тяговых инверторов электромобилей, а также для таких применений, как беспроводные и проводные системы зарядки.

Для получения более легкого проводящего материала с улучшенными эксплуатационными характеристиками исследователи ORNL осадили и выровняли углеродные нанотрубки на плоские медные подложки, в результате чего получился композитный материал с металлической матрицей, обладающий более высокой пропускной способностью по току и более высокими механическими свойствами, чем только медь.

Включение углеродных нанотрубок (CNT) в медную матрицу для улучшения проводимости и механических характеристик не является новой идеей. Углеродные нанотрубки являются отличным выбором благодаря их небольшому весу, исключительной прочности и проводящим свойствам. Однако прошлые попытки других исследователей создать композитные материалы привели к очень короткой длине материала, всего лишь микрометры или миллиметры, наряду с ограниченной масштабируемостью, или к более длинным длинам, которые выполнялись плохо.

Метод обеспечивает контроль над структурой и ориентацией осаждаемых материалов, объяснил Кай Ли, исследователь постдокторантуры в отделе химических наук ORNL. В этом случае процесс позволил ученым успешно ориентировать CNT в одном общем направлении для облегчения усиленного потока электричества.

Затем команда использовала метод магнетронного напыления, метод вакуумного покрытия, для добавления тонких слоев медной пленки поверх медных лент с покрытием CNT. Затем образцы с покрытием были отжжены в вакуумной печи для получения высокопроводящей сети Cu-CNT путем формирования плотного, равномерного слоя меди и позволить диффузии меди в матрице CNT.

Используя этот метод, ученые ORNL создали композит из медно-углеродных нанотрубок длиной 10 см и шириной 4 см, обладающий исключительными свойствами. Микроструктурные свойства материала были проанализированы с помощью приборов в Центре нанофазных материаловедческих наук при ORNL, пользовательском центре Министерства энергетики США.

Исследователи обнаружили, что композит достиг 14% большей пропускной способности по току, с до 20% улучшенными механическими свойствами по сравнению с чистой медью, как подробно описано в статье ACS Applied Nano Materials.

Работа основана на богатой истории исследований сверхпроводимости в компании ORNL, которая произвела превосходные материалы для проведения электричества с низким сопротивлением. Технология сверхпроводящих проводов лаборатории была лицензирована нескольким отраслевым поставщикам, что позволило использовать ее в таких областях, как высокопроизводительная передача электроэнергии с минимальными потерями мощности.

Несмотря на то, что новый прорыв в области композитных материалов имеет прямые последствия для электродвигателей, он также может улучшить электрификацию в тех областях применения, где эффективность, масса и размер являются ключевыми метриками, сказал Айтуг. Улучшенные эксплуатационные характеристики, достигнутые с помощью коммерчески оправданных технологий, означают новые возможности для проектирования передовых проводников для широкого спектра электрических систем и промышленных применений, сказал он.

Команда ORNL также исследует использование двустенных CNT и других методов осаждения, таких как ультразвуковое напыление в сочетании с системой «от рулона к рулону» для получения образцов длиной около 1 метра.

Работа была профинансирована Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики, Управление автомобильных технологий.

RSS
Нет комментариев. Ваш будет первым!
Загрузка...