通用汽车合作PNNL将铜线导电率提升5% 有助于降低电机重量和体积

据外媒报道,美国西北太平洋国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory,PNNL)的研究人员成功将铜线的导电率提高了约5%。虽然听起来提高的量并不大,但却可以对电机的效率产生很大的影响,因为导电率更高就意味着如果要实现同样的效率,需要的铜的数量会更少,从而可以减少驱动未来电动汽车的各种部件的重量和体积。

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该实验室与通用汽车合作,在汽车电机部件上测试得到强化的铜线。作为一项分摊成本的研究项目,该团队负责验证该铜线的导电率得到了提升,还发现其具有更高的韧性,即在断裂之前可以被拉伸得更长。在其他物理特性方面,该铜线的表现与普通铜线一样,因此也可以被用于焊接,还能够承受其他机械应力,且性能不会被降低。这意味着组装电机将不再需要专门的制造方法,只需采用PNNL研发的新型铜复合材料即可。

该项技术可以应用到任何利用铜来传输电能的行业,包括电力传输、电子设备、无线充电器、电机、发电机、海底电缆和电池。

PNNL的研究人员采用一种全新、正在申请专利的制造平台,将导电性高的纳米级碳原子薄片——石墨烯添加到铜和生产而成的铜线中。与纯铜相比,采用此种全新的机器混合并挤压金属和含铜在内的复合材料成功提高了导电率。

PNNL的ShAPE工艺(Shear Assisted Processing and Extrusion,剪切辅助加工及挤压)可以提高材料挤压后的性能。当金属或复合材料被推入模具中以打造新形状时,旋转该金属或复合材料就会对其施加一种剪切力或反作用力。此种创新节能法可以通过让金属变形,在其内部创造热量,进而让其软化,变成电线、管子和棒子。

据美国能源部2018年发布的一份电动汽车报告显示,有必要提高电机的效率,从而增加电动汽车的功率密度。此外,需要打造组件以适应可用空间越来越小的车辆。不过,目前电动汽车使用的材料和铜绕组导电率有限,从而也限制了电机体积得到缩小。

现在已经证明在铜中添加石墨烯非常困难,因为添加剂不能均匀混合在一起,会在结构内部形成团块和孔隙空间。但是,ShAPE工艺可以消除孔隙空间,同时还能够将添加剂均匀地分布到金属内部,这可能也是导电率得以提高的原因。

通用汽车公司的研发工程师证实,此种导电率高的铜线可以用与传统铜线完全相同的方式进行焊接、钎焊和成型,这也意味着可以无缝与现有的电机制造工艺集成。

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