Fio de cobre com infusão de grafeno pode ser a chave para VEs mais eficientes

A pesquisadora Keerti Kappagantula detém um fio de cobre de ultra-alta condutividade com aditivos de grafeno. (Imagem de Andrea Starr, do PNNL)

Pesquisadores do Pacific Northwest National Laboratory nos EUA aumentaram em 5% a condutividade do fio de cobre usado em componentes de motores em veículos.

De acordo com os cientistas - que se associaram à General Motors para testar o fio de cobre turbinado - sua invenção pode fazer uma grande diferença na eficiência do motor, pois menos cobre pode ser necessário, o que pode reduzir o peso e o volume de vários componentes esperados para alimentar futuros veículos elétricos.

Usando uma nova plataforma de fabricação patenteada e com patente pendente, os especialistas adicionaram grafeno ao cobre e ao fio produzido. O aumento da condutividade em comparação com o cobre puro é possibilitado por uma máquina inédita que combina e extrude metal e materiais compostos, incluindo cobre.

O processo foi denominado ShAPE, que significa Processamento e Extrusão Assistida por Corte (Shear Assisted Processing and Extrusion).

Nesse processo, a força de oposição - ou de cisalhamento - é aplicada girando um metal ou composto conforme ele é empurrado através de uma matriz para criar uma nova forma. Essa abordagem cria aquecimento interno deformando o metal, o que o amolece e permite que ele se transforme em fios, tubos e barras.

“ShAPE é o primeiro processo que alcançou condutividade melhorada em cobre em grande escala, o que significa que pode produzir materiais em um tamanho e formato que a indústria usa atualmente”, disse Glenn Grant, o principal investigador da iniciativa, em um comunicado à mídia. “O benefício de adicionar grafeno ao cobre já foi investigado antes, mas esses esforços se concentraram principalmente em filmes finos ou estruturas em camadas que são extremamente caras e demoradas para fazer. O processo ShAPE é a primeira demonstração de considerável melhoria de condutividade em compostos de cobre-grafeno feitos por um processo verdadeiramente escalonável.”

De acordo com Grant, adicionar grafeno ao cobre tem se mostrado difícil porque os aditivos não se misturam uniformemente, criando aglomerados e espaços porosos dentro da estrutura. Mas o processo ShAPE elimina os espaços dos poros enquanto também distribui os aditivos dentro do metal de maneira uniforme, o que pode ser a razão para a melhoria da condutividade elétrica.

"A dispersão uniforme do grafeno do ShAPE é a razão pela qual apenas pequenas quantidades de aditivo são necessárias - cerca de seis partes por milhão de flocos de grafeno - para obter uma melhoria substancial de 5% na condutividade", disse a cientista material Keerti Kappagantula no informe. “Outros métodos requerem grandes quantidades de grafeno, que é muito caro de se fazer e ainda não se aproximou da alta condutividade que demonstramos em grande escala.”

Kappagantula disse que os engenheiros de Pesquisa e Desenvolvimento da General Motors verificaram que o fio de cobre de maior condutividade pode ser soldado, brasado e formado exatamente da mesma maneira que o fio de cobre convencional. Isso indica uma integração perfeita com os processos de fabricação de motores existentes.

Na visão da pesquisadora, a tecnologia pode ser aplicada a outras indústrias que usam cobre para mover energia elétrica, incluindo transmissão de energia, eletrônica, carregadores sem fio, geradores, cabos submarinos e baterias.