The Korea Institute of Science and Technology
Uporaba ogljikovih nanocevk(CNT) za razvoj lahkih elektromotorjev brez bakrenih tuljav. Možne uporabe v mobilnosti, energetiki, robotiki in vesolju.
Naj gre za električna vozila, drone ali vesoljska plovila, skupni tehnični izziv za prihodnji promet je zmanjšanje teže. Zmanjšanje teže vozila ne le zmanjša porabo energije, ampak tudi poveča trajanje baterije in poveča doseg. To se šteje za ključno tehnologijo, ki je neposredno povezana s trajnostjo, saj izboljša delovanje sistema kot celote in tako prispeva k zmanjšanju emisij ogljika. Električni motorji so bistvena sestavina večine električnih vozil, pri čemer tuljave predstavljajo velik delež skupne teže motorja. Do zdaj so se kot glavni material za tuljave zaradi njihove visoke električne prevodnosti uporabljale kovine, kot je baker, vendar se je nenehno opozarjalo, da imajo te kovine različne omejitve, kot so težave pri zagotavljanju virov, nestabilnost cen in težave s težo zaradi visoke gostote.
Dr. Dae-Yoon Kim in njegova ekipa iz Inštituta za raziskave kompozitnih materialov Korejskega inštituta za znanost in tehnologijo (KIST) so uspešno izdelali tuljavo elektromotorja, pri čemer so uporabili izključno ogljikove nanocevke (CNT) brez kovin, in jo izpopolnili do te mere, da je dejansko delujoča. Ekipa je izvedla poskuse z vgradnjo tuljave iz CNT v motor in ugotovila, da je mogoče število vrtljajev na minuto (RPM) motorja stabilno nadzorovati glede na vhodno napetost. To dokazuje, da je mogoče osnovno delovanje motorja, ki pretvarja električno energijo v mehansko vrtilno silo, doseči brez kovin.
CNT so enodimenzionalni cevasti nanomateriali z ogljikovimi atomi, razporejenimi v šesterokotni satasti strukturi, ki so znani po tem, da so veliko lažji od običajnih kovin, hkrati pa imajo odlično električno prevodnost, mehansko trdnost in toplotno prevodnost. Te lastnosti že dolgo pritegujejo pozornost kot material naslednje generacije, vendar so CNT naleteli na številne ovire pri dejanskih industrijskih uporabah. Ena od tehničnih ovir so ostanki katalizatorskih kovin, ki se uporabljajo med proizvodnim procesom. Ti ostanejo kot kovinski delci na površini CNT-jev, kar poslabša njihove električne lastnosti, ki so neposredno povezane z zmogljivostjo motorja, zaradi česar je težko uporabiti CNT-je v visoko zmogljivih komponentah.
Ekipa je razvila nov postopek čiščenja CNT, ki izkorišča princip poravnave tekočih kristalov, »četrto stanje snovi«, znano kot vmesno stanje med tekočino in trdno snovjo. Postopek naravno rešuje močno agregacijo med poravnavo CNT in učinkovito odstranjuje kovinske delce, ki ostanejo na površini. Najpomembneje je, da je sposoben selektivno odstraniti nečistote, ne da bi poškodoval nanostrukturo CNT, kar ga jasno loči od obstoječih metod čiščenja na osnovi tekočine in plina. Očiščeni CNT kažejo znatno izboljšanje prevodnosti, ki jo je mogoče dvigniti na raven, primerno za uporabo v dejanskih elektromotorjih.
„Z razvojem novega koncepta visokokakovostne CNT tehnologije, ki doslej še ni obstajala, smo uspeli maksimirati električno zmogljivost CNT tuljav za pogon elektromotorjev brez kovine,“ je dejal dr. Dae-Yoon Kim iz KIST. „Na podlagi inovacij CNT materialov bomo prevzeli vodilno vlogo pri lokalizaciji materialov, kot so prevodni materiali za baterije, šablone za polprevodnike in kabli za robote.“
KIST je bil ustanovljen leta 1966 kot prvi vladni raziskovalni inštitut v Koreji. KIST si zdaj prizadeva reševati nacionalne in družbene izzive ter zagotoviti gonilne sile rasti z vodilnimi in inovativnimi raziskavami. Za več informacij obiščite spletno stran KIST na https://eng.kist.re.kr/
To raziskavo je podprlo Ministrstvo za znanost in informacijsko-komunikacijske tehnologije (minister Yoo Sang-im) v okviru projekta Global Young Connect (RS-2024-00448639) in projekta Nano Connect (RS-2024-00450610) Nacionalne raziskovalne fundacije Koreje. Raziskava je bila objavljena v najnovejši številki mednarodne revije Advanced Composites and Hybrid Materials (IF 23,2 JCR field 1,4 %).
Povzeto po:
Poganjanje elektromotorja brez kovine! KIST razvija ultralahko tehnologijo tuljav na osnovi CNT
Fotografije vir: https://kist.re.kr/
https://kist.re.kr/eng
