4 Minutės
Proveržis: Elektriniai varikliai be metalinių laidininkų
Dr. Dae-Yoon Kim vadovaujama tyrėjų grupė Korėjos mokslo ir technologijų institute (KIST) pristatė elektrinį variklį, kurio ritė pagaminta išimtinai iš anglies nanovamzdelių (CNT) — be jokių metalinių laidininkų. Prototipas rodė patikimą sūkio greičio (RPM) valdymą reaguodamas į įvesties įtampų pokyčius, taip įrodydamas idėją, kad elektros energija gali būti paversta sukimusi be metalo turinčio laidininko. Šis pasiekimas gali pakeisti požiūrį į lengvųjų elektrinių variklių konstrukcijas, naudojamas elektriniuose automobiliuose (EV), dronuose, kosminiuose aparatuose ir robotikoje.
Kuo ypatingos CNT ritės?
Anglies nanovamzdeliai yra vienašaliai cilindriniai nanomedžiagų dariniai, kuriuos sudaro anglies atomai išdėstyti šešiakampėje tinklelyje. CNT yra žymiai lengvesni už varį ir daugumą tradicinių metalų, tuo pačiu pasižymėdami aukšta elektrine laidumo verte, dideliu tempimo stiprumu ir gera šilumine laidumo charakteristika. Šios savybės daro CNT ritę patraukliu pasirinkimu inžinieriams, siekiantiems kurti lengvesnius elektrinių variklių sprendimus ir pagerinti baterijų nuvažiuojamą atstumą.
Pagrindinės CNT ritės variklio savybės
- Be metalo laidininkas: ritė visiškai susideda iš išvalytų CNT, taip atsisakant priklausomybės nuo vario ar aliuminio laidų.
- Lengva konstrukcija: sumažinta ritės masė prisideda prie viso variklio ir sistemos svorio mažinimo.
- Stabilus sūkio greičio valdymas: prototipiniai varikliai demonstravo numatomą RPM elgseną prie skirtingų įvesties įtampų.
- Pagerėjęs laidumas po valymo: naujas apdirbimo metodas ženkliai sumažina metalines priemaišas ant CNT paviršių.
Inovatyvus valymas: skysčių kristalų išlyginimas
Vienas didžiausių kliuvinių panaudoti CNT realiuose elektros komponentuose buvo gamybos proceso palikti katalizatorių metalai. Šios metalinės nanopartikulės prilimpa prie CNT paviršių ir trikdo elektrinius kelius. KIST komanda sukūrė naują valymo būdą, pasinaudodama skysčių kristalų — terpės, užimiančios tarpinę būseną tarp skysčio ir kieto kūno — gebėjimu išlyginti. Kai CNT išsidėsto skysčių kristalų terpėje, susikaupimai išsisklaido, o metalinės liekanos selektyviai pašalinamos, nepažeidžiant nanovamzdelių architektūros. Galutinis rezultatas — aukštos kokybės CNT medžiaga su laidumu, tinkamu variklio ritėms.
Palyginimai ir kompromisai su varinėmis ritėmis
Lyginant su įprastomis varinėmis apvijomis, CNT ritės siūlo reikšmingą potencialų pranašumą: mažesnę masę, mažesnę priklausomybę nuo vario tiekimo grandinių ir atsparumą vario kainų svyravimui. Tačiau išlieka svarbūs techniniai palyginimai: varis vis dar pirmauja brandžioje gamybos mastų praktikoje, patikrintu šilumos valdymu ir dažnai pranašesnėmis kainomis už laidinį kiekį daugelyje taikymų. KIST tyrėjai akcentuoja būtinybę nuodugniai palyginti galios tankį, energijos efektyvumą, šilumos išsklaidymą ir eksploatacines išlaidas CNT bazuotų variklių bei variniais varikliais realiomis darbo sąlygomis.
Privalumai
- Svorio taupymas, galintis padidinti transporto priemonės nuvažiuojamą atstumą ir dronų skrydžio trukmę bei sumažinti paleidimo masę kosminiams aparataams.
- Tiekimo grandinės atsparumas mažinant vario poreikį ir riziką dėl žaliavų kainų svyravimų.
- Galimos tarpsektorinės taikymo sritys: baterijos, puslaidininkių pelikulės ir robotikos kabeliai, pasinaudojant CNT valymo technologija.
Ribojimai ir tolimesni darbai
Procesą skaluoti, užtikrinti nuoseklų šiluminį elgesį, integruoti CNT ritėms į masinę variklių gamybą ir patvirtinti ilgalaikį patikimumą — tai esminiai tolesni žingsniai. Išsamūs bandymai galios tankio ir efektyvumo srityse nustatys, ar CNT ritės gali pasivyti arba pranokti varį komerciniuose EV traukos varikliuose ir didelės galios pramoniniuose taikymuose.
Taikymo sritys ir rinkos reikšmė
Trumpuoju laikotarpiu CNT ritės tinkamiausios lengviems varikliams dronams, robotikai ir specializuotoms aviacijos sistemoms, kur kiekvienas gramas yra reikšmingas. Vidutiniu ir ilguoju laikotarpiu, jei technologija ekonomiškai išsiplės, CNT ritės gali atsirasti elektrinių automobilių varikliuose, pramoniniuose pavarose ir aukštos spartos vartotojų elektronikoje — suteikdamos gamintojams alternatyvą vario naudojimui, prisidedančią prie tvarumo ir išlaidų prognozuojamumo.
„Kurdami visiškai naują CNT aukštos kokybės technologijos koncepciją, kurios anksčiau nebuvo, mes sugebėjome maksimaliai pagerinti CNT ritės elektrines charakteristikas ir variklius valdyti be metalo,“ sakė KIST atstovas dr. Dae-Yoon Kim. Komanda planuoja skatinti CNT medžiagų lokalizaciją laidžiose baterijų dalyse, puslaidininkių pelikulėse ir robotikos kabeliuose kaip platesnių komercializavimo pastangų dalį.
Technologijų lyderiams ir produktų kūrėjams šis tyrimas atskleidžia kylančią medžiagų kryptį: be metalo laidininkai, galintys atverti kelią lengvesnėms, efektyvesnėms ir labiau tvarioms elektrinėms sistemoms — jei pavyks sėkmingai išspręsti masto, šilumos valdymo ir sąnaudų efektyvumo iššūkius.
Šaltinis: kist.re
Komentarai