Alumínio altamente condutor pode ser igual a cobre

May 23, 2023

INSIDER em Eletrônica de Potência

A primeira simulação da condutividade do alumínio oferece uma receita para um substituto barato para o cobre.

No mundo da eletricidade, o cobre é rei – por enquanto. Isso pode mudar com uma nova pesquisa do Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), que oferece uma receita para aumentar a condutividade do alumínio, tornando-o economicamente competitivo com o cobre. Esta pesquisa abre as portas para experimentos que, se totalmente realizados, podem levar a uma alternativa de alumínio ultracondutora ao cobre que seria útil em mercados além das linhas de transmissão – revolucionando veículos, eletrônicos e a rede elétrica.

"E se você pudesse tornar o alumínio mais condutivo - até 80 ou 90 por cento tão condutivo quanto o cobre? Você poderia substituir o cobre e isso faria uma enorme diferença porque o alumínio mais condutivo é mais leve, mais barato e mais abundante", disse Keerti Kappagantula, PNNL cientista de materiais e co-autor da pesquisa. "Esse é o grande problema que estamos tentando resolver."

A demanda de cobre está superando rapidamente sua disponibilidade, elevando seu custo. O cobre é um ótimo condutor elétrico - é usado em tudo, desde eletrônicos portáteis até cabos de transmissão subaquáticos que alimentam a Internet - mas não há como escapar do fato de que o cobre está se tornando menos disponível e mais caro. Espera-se que esses desafios piorem com o aumento do número de veículos elétricos (EVs), que precisam de duas vezes mais cobre do que os veículos tradicionais. Além disso, o cobre é pesado, o que reduz a eficiência do EV.

O alumínio é apenas um terço do preço e peso do cobre, mas é apenas cerca de 60% como condutor. A condutividade relativamente baixa do alumínio pode ser uma limitação em aplicações do mundo real.

"A condutividade é fundamental porque um fio mais leve com condução equivalente pode ser usado para projetar motores mais leves e outros componentes elétricos, para que seu veículo possa percorrer distâncias maiores", disse Kappagantula. "Tudo, desde a eletrônica de um carro até a geração de energia e a transmissão dessa energia para sua casa através da rede para carregar a bateria do seu carro - qualquer coisa que funcione com eletricidade - tudo pode se tornar mais eficiente."

"Durante anos, pensamos que os metais não poderiam ser mais condutores. Mas esse não é o caso", explicou Kappagantula. "Se você alterar a estrutura do metal e introduzir os aditivos certos, poderá realmente influenciar suas propriedades."

Para começar a descobrir o quanto a condutividade do alumínio poderia ser aumentada, Kappagantula e o pós-doutorando do PNNL Aditya Nittala se uniram ao distinto professor David Drabold e ao estudante de pós-graduação Kashi Subedi da Universidade de Ohio para identificar os efeitos da temperatura e defeitos estruturais na condutividade do alumínio e desenvolver uma receita átomo por átomo para aumentar sua condutividade.

A capacidade do modelo de simular condições do mundo real surpreendeu até a equipe. "Não pensávamos que esses resultados seriam tão próximos da realidade", disse Kappagantula.

Com uma receita teórica para alterar a condutividade do metal agora clara, os pesquisadores planejam ver o quanto podem aumentar a condutividade do alumínio no laboratório para combinar a teoria com os resultados experimentais. Eles também estão explorando a possibilidade de aumentar a condutividade de outros metais usando as mesmas simulações.

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