Những thiết bị nhẹ hơn không chỉ tiêu thụ ít năng lượng hơn mà còn giúp pin hoạt động hiệu quả hơn, từ đó tăng cường khả năng di chuyển xa. Điều này cũng góp phần vào tính bền vững khi hiệu suất cao hơn có thể làm giảm lượng khí thải carbon.
Động cơ điện không chứa kim loại sẽ giảm rất nhiều trọng lượng cho xe điện.
Trọng tâm của nỗ lực giảm trọng lượng đối với lĩnh vực này được giới chuyên gia chỉ định là động cơ điện, trong đó cuộn dây thường chiếm phần lớn trọng lượng. Hầu hết các cuộn dây hiện nay đều sử dụng đồng -một vật liệu dẫn điện tốt nhưng cũng đi kèm với những thách thức như lo ngại về nguồn cung, biến động giá cả và trọng lượng cao.
Tin vui là, một nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Dae-Yoon Kim tại Viện Nghiên cứu Vật liệu Composite thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST) đã phát triển một động cơ điện sử dụng cuộn dây làm từ ống nano carbon (CNT) mà không cần kim loại.
Trong các thử nghiệm, nhóm đã thành công trong việc điều khiển số vòng quay mỗi phút (RPM) của động cơ theo sự thay đổi của điện áp đầu vào, điều này chứng minh rằng động cơ có thể chuyển đổi năng lượng điện thành lực quay mà không cần dây dẫn kim loại.
CNT là vật liệu nano hình ống với cấu trúc tổ ong lục giác, nhẹ hơn nhiều so với kim loại thông thường và nổi bật với độ dẫn điện cao, độ bền cơ học tốt và khả năng dẫn nhiệt hiệu quả. Tuy nhiên, CNT vẫn gặp phải nhiều rào cản trong ứng dụng thực tế, đặc biệt là sự hiện diện của kim loại xúc tác còn sót lại từ quá trình sản xuất và làm giảm hiệu suất điện.
Tất cả nhờ động cơ sử dụng cuộn dây ống nano carbon
Để khắc phục vấn đề này, nhóm nghiên cứu KIST đã phát triển một quy trình tinh chế CNT mới, sử dụng hành vi định hướng của tinh thể lỏng. Quy trình này giúp loại bỏ các hạt kim loại bám trên bề mặt CNT mà không làm hỏng cấu trúc nano của chúng, từ đó tạo ra CNT có độ dẫn điện tốt hơn để sử dụng trong động cơ điện thực tế.
Sau khi tạo ra các cuộn dây từ CNT tinh khiết, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm và ghi nhận khả năng kiểm soát vòng tua máy ổn định với các điện áp khác nhau. Nếu phương pháp này được áp dụng rộng rãi, các cuộn dây nhẹ hơn sẽ giúp giảm trọng lượng động cơ và tổng khối lượng hệ thống, đồng thời giảm bớt sự phụ thuộc vào đồng, hạn chế rủi ro về giá cả và nguồn cung.
Với khái niệm mới về công nghệ CNT chất lượng cao, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ tạo ra các cuộn dây CNT để vận hành động cơ điện không cần kim loại. Điều này có thể mở ra tương lai cho ngành công nghệ động cơ điện, hứa hẹn mang lại những cải tiến đáng kể về hiệu suất và tính bền vững.