Niezwykle istotnym faktem jest to, iż, jak się szacuje, silniki elektryczne i systemy sterowane tego typu silnikami zużywają od 43% do 46% całej energii elektrycznej zużywanej na ziemi. Nie trzeba wspominać o fakcie, iż gdyby uczynić je bardziej efektywnymi, światowa konsumpcja energii elektrycznej spadłaby w sposób zauważalny. Badacze z Rice University zaprezentowali w 2011 roku iż z węglowych nanorurek można prząść grubsze struktury, które można następnie wykorzystać do przesyłania energii elektrycznej. Co istotne, włókna w ten sposób przygotowane charakteryzują się lepszymi parametrami elektrycznymi niż standardowo używana w przemyśle miedź. Być może niedługo uda się wykorzystać tą technikę w silnikach elektrycznych i w ten sposób zmniejszyć konsumpcję energii elektrycznej na świecie.
Bazując na badaniach naukowców z Rice University, zespół z Uniwersytetu Technologicznego w Lappeenranta w Finlandii, zastąpił miedziane uzwojenie silnika elektrycznego włóknami wytworzonymi z odpowiednio spreparowanych nanorurek węglowych. Wynikiem ich pracy był silnik elektryczny o wyjątkowo wysokiej efektywności.
"Jeśli nie będziemy w żaden sposób zmieniać projektu mechanicznego silnika elektrycznego i jedynie zastąpimy miedziane uzwojeniem wykonanym z włókien uprzędzionych z nanorurek węglowych, możliwe jest zmniejszenie strat cieplnych w uzwojeniu o połowę, w porównaniu do strat jakie obserwuje się w aktualnie produkowanych urządzeniach" tłumaczy Profesor Juha Pyrhönen, który kieruje pracami projektowymi nad prototypem silnika z węglowym uzwojeniem, stworzonym w Finlandii.
Miedź jest tradycyjnie używana jako materiał do wykonywania uzwojeń w silnikach, gdyż charakteryzuje się jedną z najwyższych konduktywności w przyrodzie (w zasadzie drugą, spośród wszystkich metali) w temperaturze pokojowej i jest także relatywnie tania. Jednakże, pomimo wysokiej konduktywności, uzwojenie takie nadal posiada niezerową rezystancję, zauważalną przez inżynierów do tego stopnia iż często mówi się o tym iż część energii wręcz "ucieka w miedź".
Wytworzone w międzyczasie włókna z nanorurek węglowych, charakteryzują się konduktywnością o wiele lepszą niż najlepsze z dostępnych metali, a póki co żadne ograniczenia konduktywności tego typu włókien nie zostało odnalezione. Udało się zmierzyć wartości tak wysokie jak 100 megasiemensów na metr włókna, w porównaniu do 58,65 MS/m dla miedzi. Z przewodnością tego rzędu, włókna oparte o nanorurki węglowe mogą oferować przewodność dwukrotnie wyższą niż uzwojenia miedziane, zgodnie z tym co twierdzą Fińscy naukowcy. Profesor Pyrhönen twierdzi iż wykorzystanie tego typu materiałów jako uzwojenia silnika elektrycznego może zmniejszyć straty cieplne silnika o połowę.
W prototypie opracowanym przez zespół naukowców z Finlandii przędza jest wytwarzana i następnie pokrywana warstwą izolacyjną przez Japońsko-Duńską firmę Teijin Aramid. Technologia wykorzystywana przez tą firmę opracowana została przez naukowców z Rice University. Jako że technologia ta nie jest wykorzystywana jeszcze na przemysłową skalę i jest w powijakach, ilość możliwej do wyprodukowania przędzy węglowej jest ograniczona. Kwestie przemysłowej produkcji tych włókien będą musiały być rozwiązane gdy tylko rozwiązanie to zostanie zaadaptowane w przemyśle.
Mimo ograniczeń prototypu, pokazał on iż poprawa działania silnika z uzwojeniem węglowym, w porównaniu do silnika opartego o miedziane uzwojenie, jest zauważalna. Naukowcy twierdzą, iż gwarantuje to, co najmniej, środki i zainteresowanie dalszymi badaniami, a w dalszej perspektywie możliwość aplikacji tych badań i wymiany uzwojeń silników z miedzianych na węglowe.
"Istnieje istotna, póki co potencjalna, poprawa w działaniu silników elektrycznych, jednakże póki co mierzymy się z ograniczeniami natury materiałowej, które ograniczają możliwość budowy uzwojeń o dowolnej geometrii" tłumaczy doktor Marcin Otto, menadżer zarządzający działem rozwoju firmy Teijin Aramid. "Spodziewamy się iż w przyszłości przewodność włókien przędzionych z nanorurek węglowych może być nawet trzykrotnie wyższa niż przewodność miedzi. Co więcej węgiel jest materiałem bardzo popularnym, a miedź musi być wydobywana w kopalniach, lub odzyskiwana ze złomowanych urządzeń" dodaje doktor Otto.
Jak widać istnieją firmy, które istotnie wierzą w potencjał swojego produktu i jego możliwe aplikacje. I z potencjalną możliwością zmniejszenia tych 45% w zużyciu energii elektrycznej na ziemi, która pochłaniana jest przez silniki elektryczne, dlaczego by nie wierzyć w ten potencjał?
Poniżej zaprezentowano film, pokazujący jak działa silnik wyposażony w uzwojenie wykonane z włókien węglowych.
Źródło:
http://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconduc...to-replace-copper-windings-in-electric-motors
. Tylko proszę o twardą literaturę.
to bardzo dobry ale żart one są zdecydowanie bardziej odporne na pękanie i ze 20 razy mechanicznie od miedzi, dodatkowo mniejsza gęstość pozwala zastosować takie silniki w lotnictwie. Miedź to zło konieczne póki co nie ma tańszego i lepszego przewodnika. Zapewne jeszcze długo nanorurki nie będą niestety używane na skalę masową bo nie ma taniej technologii ich wytwarzania, tak nawiasem to najczęściej produkowane są z metanu lub innych węglowodorów nie słyszałem aby ktoś to produkował z węgla kamiennego.