KIST
Дослідники з Корейського інституту науки та технологій (KIST) розробили перший у світі повноцінний електродвигун, у конструкції якого відсутні металеві елементи.
Зазначається, що розробники замінили мідні котушки на вуглецеві нанотрубки. Створений ними електродвигун продемонстрував на 133% кращу електропровідність та виявився на 80% легшим за традиційні конструкції.
«Чи то електромобілі, безпілотники чи космічні кораблі, загальною технічною проблемою для майбутнього транспорту є полегшення. Зменшення ваги транспортного засобу не тільки знижує споживання енергії, а й підвищує ефективність батареї та збільшує дальність польоту», — заявляють дослідники.
За словами доктора Де-Юн Кіма, нова технологія із використанням вуглецевих нанотрубок максимально збільшує електричні характеристики для керування електродвигунами, що не містять металу.
«Ці одновимірні трубчасті наноматеріали з атомами вуглецю, розташованими в гексагональній стільниковій структурі, які, як відомо, набагато легше звичайних металів, але в той же час мають чудову електропровідність, механічну міцність і теплопровідність», — додають розробники.
Розробка стала можливою завдяки новому методу очистки, необхідному для заміни мідних котушок на вуглецеві нанотрубки. Використовуючи метод очищення під назвою LAST (Lyotropic Liquid Crystal-Assisted Surface Texturing), дослідники видалили металеві домішки, які історично впливали на технологію нанотрубок, зберігши при цьому електричні властивості.
Котушки електродвигунів зазвичай виготовляються з міді через її високу електропровідність. Однак щільність міді складає 8,9 грамів на кубічний сантиметр, що робить загальну вагу двигуна значною. Вуглецеві нанотрубки мають аналогічну електропровідність та щільність усього 1,7 грамів на кубічний сантиметр. Це дозволяє зменшити вагу двигуна на 80%.
Ключовою проблемою було забруднення. Під час виробництва частинки металевого каталізатора потрапляють у нанотрубки, погіршуючи електричні характеристики. Розчиняючи нанотрубки в хлорсульфоновій кислоті, дослідники створили рідкокристалічний стан, в якому трубки самовирівнюються. Під впливом води цей розчин генерує соляну кислоту, що видаляє домішки залізного каталізатора, залишаючи структури вуглецевих нанотрубок чистими. Цей процес знизив забруднення металами з початкових 12,7% до менше ніж 0,8%.
Очищені вуглецеві нанотрубки продемонстрували електропровідність 7,7 мегасименс на метр. При інтеграції в двигун питома швидкість обертання — міра продуктивності на одиницю ваги — була в 1,06 рази нижчою, ніж у еквівалентного двигуна на основі міді. Двигун також працював безперервно протягом 60 хвилин при різних силових навантаженнях.
Дослідники побудували модель автівки, що працювала на цьому двигуні. За результатами моделювання на дорозі з асфальтовим покриттям автівка проїхала 10 метрів за 25 секунд.
Джерело: Interesting Engineering