Pyöritä sähkömoottoria ilman metallia!

Sähkömoottorit ovat olennainen osa useimpia sähköllä liikkuvia ajoneuvoja, ja kuparikäämit muodostavat suuren osan moottorin kokonaispainosta.

Tri Dae-Yoon Kim ja hänen tiiminsä Korean tiede- ja teknologiainstituutin (KIST) komposiittimateriaalien tutkimuslaitoksessa ovat onnistuneet rakentamaan sähkömoottorin kelan käyttämällä vain hiilinanoputkia (CNT) ilman metalleja ja toteuttamaan sen niin, että se todella toimii.

Tiimi suoritti kokeita soveltamalla CNT-kelaa moottoriin ja havaitsi, että moottorin kierroslukua minuutissa (RPM) voitiin säätää vakaasti tulojännitteen mukaan. Tämä osoittaa, että moottorin perustoiminta, joka muuntaa sähköenergian mekaaniseksi pyörimisvoimaksi, voidaan toteuttaa ilman metallia. Vielä se ei kuitenkaan pärjää kuparikeloilla varustetulle sähkömoottorille.

Hiiliputkistot (CNT) ovat yksiulotteisia putkimaisia kevyitä ja hyvin sähköä johtavia vankkoja nanomateriaaleja. Niiden ominaisuudet ovat jo pitkään herättäneet huomiota seuraavan sukupolven materiaalina, mutta hiiliputkien (CNT) käyttöönotossa on ollut useita esteitä.

 Yksi teknisistä esteistä on valmistusprosessissa käytettyjen katalyyttimetallien jäämät. Nämä jäävät metallihiukkasiksi CNT:iden pinnalle ja heikentävät siten sähköisiä ominaisuuksia, jotka liittyvät suoraan moottorin suorituskykyyn. Tämä vaikeuttaa CNT:iden käyttöä tehokkaissa komponenteissa.

Tiimi on kehittänyt uuden hiilinanoputkien puhdistusprosessin, joka hyödyntää nestekiteiden linjautumisperiaatetta, "neljättä olomuotoa", joka tunnetaan nesteen ja kiinteän aineen välitilana.

Prosessi ratkaisee luonnollisesti hiilinanoputkien linjautumisen aikana tapahtuvan voimakkaan aggregaation ja poistaa tehokkaasti pinnalle jäävät metallihiukkaset. Mikä tärkeintä, se pystyy poistamaan epäpuhtauksia selektiivisesti vahingoittamatta hiilinanoputkien nanorakennetta, mikä tekee siitä selvästi erilaisen kuin olemassa olevat neste- ja kaasufaasipohjaiset puhdistusmenetelmät.

Puhdistetut hiilinanoputket osoittavat merkittävää johtavuuden parannusta, joka voidaan saattaa tasolle, jota voidaan tulevaisuudessa soveltaa todellisiin sähkömoottoreihin.

"Kehittämällä uuden, aiemmin tuntemattoman korkealaatuisen CNT-teknologian konseptin pystyimme maksimoimaan CNT-kelojen sähköisen suorituskyvyn sähkömoottoreiden käyttämiseksi ilman metallia", sanoo tohtori Dae-Yoon Kim KIST:ltä. "CNT-materiaalien innovaation pohjalta otamme johtoaseman materiaalien, kuten akkujen johtavien materiaalien, puolijohteisten kalvojen ja sekä robottien kaapeleiden parissa."

Aiheesta aiemmin:

Hiilinanojohtimista käämit sähkömoottoriin

Hiilinanoputkista joustavia generaattoreita ja antureita

Hiilinanoputkilla tehostettu kuparijohde