L'alluminio altamente conduttivo può eguagliare il rame

May 23, 2023

INTERNO all'elettronica di potenza

Una simulazione mai vista prima della conduttività dell’alluminio offre una ricetta per un sostituto economico del rame.

Nel mondo dell’elettricità, il rame è il re, per ora. Ciò potrebbe cambiare con una nuova ricerca del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) che sta proponendo una ricetta per aumentare la conduttività dell’alluminio, rendendolo economicamente competitivo con il rame. Questa ricerca apre la porta a esperimenti che, se pienamente realizzati, potrebbero portare a un’alternativa ultraconduttiva in alluminio al rame che sarebbe utile nei mercati anche al di fuori delle linee di trasmissione, rivoluzionando i veicoli, l’elettronica e la rete elettrica.

"E se potessimo rendere l'alluminio più conduttivo, anche l'80 o il 90% più conduttivo del rame? Potremmo sostituire il rame e questo farebbe una differenza enorme perché l'alluminio più conduttivo è più leggero, più economico e più abbondante", ha affermato Keerti Kappagantula, PNNL. scienziato dei materiali e coautore della ricerca. "Questo è il problema generale che stiamo cercando di risolvere."

La domanda di rame sta rapidamente superando la sua disponibilità, facendone aumentare i costi. Il rame è un ottimo conduttore elettrico – è utilizzato ovunque, dai dispositivi elettronici portatili ai cavi di trasmissione sottomarini che alimentano Internet – ma non si può sfuggire al fatto che il rame sta diventando sempre meno disponibile e più costoso. Si prevede che queste sfide non potranno che peggiorare con il crescente numero di veicoli elettrici (EV), che necessitano del doppio del rame rispetto ai veicoli tradizionali. Inoltre, il rame è pesante, il che riduce l’efficienza dei veicoli elettrici.

L’alluminio costa solo un terzo del prezzo e del peso del rame, ma è conduttivo solo per circa il 60%. La conduttività relativamente bassa dell'alluminio può rappresentare un limite nelle applicazioni del mondo reale.

"La conduttività è fondamentale perché un filo più leggero con una conduzione equivalente può essere utilizzato per progettare motori più leggeri e altri componenti elettrici, in modo che il tuo veicolo possa potenzialmente percorrere distanze più lunghe", ha affermato Kappagantula. "Tutto, dall'elettronica di un'auto alla generazione di energia, alla trasmissione di quell'energia a casa tua attraverso la rete per caricare la batteria della tua auto, tutto ciò che funziona con l'elettricità, tutto può diventare più efficiente."

"Per anni abbiamo pensato che i metalli non potessero essere resi più conduttivi. Ma non è così", ha spiegato Kappagantula. "Se modifichi la struttura del metallo e introduci gli additivi giusti, puoi effettivamente influenzarne le proprietà."

Per iniziare a capire quanto si potrebbe aumentare la conduttività dell’alluminio, Kappagantula e lo studioso post-dottorato del PNNL Aditya Nittala hanno collaborato con l’illustre professore David Drabold e lo studente laureato Kashi Subedi dell’Università dell’Ohio per identificare gli effetti della temperatura e dei difetti strutturali nella conduttività dell’alluminio e sviluppare una ricetta atomo per atomo per aumentarne la conduttività.

La capacità del modello di simulare le condizioni del mondo reale ha sorpreso anche il team. "Non pensavamo che questi risultati sarebbero stati così vicini alla realtà", ha detto Kappagantula.

Avendo ormai chiara una ricetta teorica per alterare la conduttività del metallo, i ricercatori intendono vedere quanto è possibile aumentare la conduttività dell'alluminio in laboratorio per abbinare la teoria ai risultati sperimentali. Stanno inoltre esplorando la possibilità di aumentare la conduttività di altri metalli utilizzando le stesse simulazioni.

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