El aluminio altamente conductivo puede ser igual al cobre

Jul 30, 2023

Electrónica de potencia

Una primera simulación de la conductividad del aluminio ofrece una receta para un sustituto económico del cobre.

En el mundo de la electricidad, el cobre es el rey, por ahora. Eso podría cambiar con una nueva investigación del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) que está ofreciendo una receta para aumentar la conductividad del aluminio, haciéndolo económicamente competitivo con el cobre. Esta investigación abre la puerta a experimentos que, si se realizan por completo, podrían conducir a una alternativa de aluminio ultraconductor al cobre que sería útil en mercados incluso más allá de las líneas de transmisión, revolucionando los vehículos, la electrónica y la red eléctrica.

"¿Qué pasaría si pudiera hacer que el aluminio fuera más conductor, incluso un 80 o 90 por ciento tan conductor como el cobre? Podría reemplazar el cobre y eso marcaría una gran diferencia porque el aluminio más conductor es más liviano, más barato y más abundante", dijo Keerti Kappagantula, PNNL. científico de materiales y coautor de la investigación. "Ese es el problema general que estamos tratando de resolver".

La demanda de cobre está superando rápidamente su disponibilidad, elevando su costo. El cobre es un excelente conductor eléctrico, se usa en todo, desde dispositivos electrónicos portátiles hasta cables de transmisión submarinos que alimentan Internet, pero no se puede escapar del hecho de que el cobre es cada vez menos disponible y más caro. Se espera que estos desafíos empeoren con el creciente número de vehículos eléctricos (EV), que necesitan el doble de cobre que los vehículos tradicionales. Además, el cobre es pesado, lo que reduce la eficiencia de los vehículos eléctricos.

El aluminio es solo un tercio del precio y el peso del cobre, pero solo tiene un 60% de conductividad. La conductividad relativamente baja del aluminio puede ser una limitación en las aplicaciones del mundo real.

"La conductividad es clave porque un cable más liviano con una conducción equivalente se puede usar para diseñar motores más livianos y otros componentes eléctricos, por lo que su vehículo puede recorrer distancias más largas", dijo Kappagantula. "Todo, desde la electrónica de un automóvil hasta la generación de energía, pasando por la transmisión de esa energía a su hogar a través de la red para cargar la batería de su automóvil, cualquier cosa que funcione con electricidad, todo puede volverse más eficiente".

"Durante años, pensamos que los metales no podían hacerse más conductores. Pero ese no es el caso", explicó Kappagantula. "Si alteras la estructura del metal e introduces los aditivos correctos, de hecho puedes influir en sus propiedades".

Para comenzar a determinar cuánto se podría aumentar la conductividad del aluminio, Kappagantula y la becaria postdoctoral del PNNL, Aditya Nittala, se asociaron con el distinguido profesor David Drabold y el estudiante de posgrado Kashi Subedi de la Universidad de Ohio para identificar los efectos de la temperatura y los defectos estructurales en la conductividad del aluminio y desarrollar una receta átomo por átomo para aumentar su conductividad.

La capacidad del modelo para simular condiciones del mundo real sorprendió incluso al equipo. "No pensamos que estos resultados estarían tan cerca de la realidad", dijo Kappagantula.

Con una receta teórica para alterar la conductividad del metal ahora clara, los investigadores planean ver cuánto pueden aumentar la conductividad del aluminio en el laboratorio para hacer coincidir la teoría con los resultados experimentales. También están explorando la posibilidad de aumentar la conductividad de otros metales utilizando las mismas simulaciones.

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