Je vous propose la traduction
d’ un sujet capital compter tenu de notre avenir très électrique !!
‘’Cooking up
a conductive alternative to copper with aluminum’’
by Alexandra
Freibott, Pacific Northwest Nat
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Cuisiner une alternative conductrice
au cuivre avec de l'aluminium
par Alexandra Freibott, Laboratoire
national du nord-ouest du Pacifique
PHOTO/L'aluminium ne représente qu'un
tiers du prix et du poids du cuivre, mais il n'est conducteur qu'à environ 60
%. La conductivité relativement faible de l'aluminium peut être une limitation
dans certaines applications du monde réel. Crédit : Shannon Colson |
Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique
Dans le monde de l'électricité, le
cuivre est roi, du moins pour l'instant.
Cela pourrait changer avec de nouvelles recherches du Pacific Northwest
National Laboratory (PNNL) qui propose une recette pour augmenter la
conductivité de l'aluminium, le rendant économiquement compétitif avec le
cuivre. Cette recherche ouvre la porte à des expériences qui, si elles sont
pleinement réalisées, pourraient conduire à une alternative en aluminium
ultra-conductrice au cuivre qui serait utile sur les marchés au-delà des lignes
de transmission, révolutionnant les véhicules, l'électronique et le réseau
électrique.
"Et si vous pouviez rendre
l'aluminium plus conducteur, même 80 % ou 90 % aussi conducteur que
le cuivre ? Vous pourriez remplacer le cuivre et cela ferait une énorme
différence car l'aluminium plus conducteur est plus léger, moins cher et plus
abondant", a déclaré Keerti Kappagantula, Scientifique des matériaux du
PNNL et co-auteur de la recherche. "C'est le gros problème que nous
essayons de résoudre."
Cuivre contre aluminium
La demande de cuivre dépasse
rapidement sa disponibilité actuelle, ce qui fait grimper son coût. Le cuivre
est un excellent conducteur électrique - il est utilisé dans tout, des
appareils électroniques portables aux câbles de transmission sous-marins qui
alimentent Internet - mais il est indéniable que le cuivre devient moins
disponible et plus cher. Ces défis ne devraient qu'empirer avec le nombre croissant
de véhicules électriques (VE), qui ont besoin de deux fois plus de cuivre que
les véhicules traditionnels. De plus, le cuivre est lourd, ce qui réduit
l'efficacité des VE.
L'aluminium ne représente qu'un tiers
du prix et du poids du cuivre, mais il n'est conducteur qu'à environ 60 %. La
conductivité relativement faible de l'aluminium peut être une limitation dans
certaines applications du monde réel.
"La conductivité est essentielle
car un fil plus léger avec une conduction équivalente peut être utilisé pour
concevoir des moteurs plus légers et d'autres composants électriques, de sorte
que votre véhicule peut potentiellement parcourir de plus longues
distances", a déclaré Kappagantula. "Tout, de l'électronique d'une
voiture à la production d'énergie, en passant par la transmission de cette
énergie à votre domicile via le réseau pour charger la batterie de votre
voiture - tout ce qui fonctionne à l'électricité - tout peut devenir plus
efficace."
Augmenter la conductivité de
l'aluminium changerait la donne.
"Pendant des années, nous avons
pensé que les métaux ne pouvaient pas être rendus plus conducteurs. Mais ce
n'est pas le cas", a expliqué Kappagantula. "Si vous modifiez la
structure du métal et introduisez les bons additifs, vous pouvez en effet influencer
ses propriétés."
Pour commencer à déterminer à quel
point la conductivité de l'aluminium pourrait être augmentée, Kappangantula et
la chercheuse postdoctorale du PNNL Aditya Nittala se sont associées au
professeur émérite David Drabold et à l'étudiant diplômé Kashi Subedi de
l'Université de l'Ohio pour identifier les effets de la température et des
défauts structurels dans la conductivité de l'aluminium et développer une
recette atome par atome pour augmenter sa conductivité.
Une réussite modèle
Ce type de simulation moléculaire
n'avait jamais été fait pour les métaux auparavant, les chercheurs ont donc dû
faire preuve de créativité. Ils se sont inspirés des semi-conducteurs car des
recherches antérieures avaient simulé avec succès la conductivité de ces
matériaux à base de silicium et de certains oxydes métalliques. L'équipe a
adapté ces concepts pour travailler avec l'aluminium et a simulé ce qui
arriverait à la conductivité du métal si des atomes individuels de sa structure
étaient supprimés ou réarrangés. Ces minuscules changements se sont ajoutés à
de gros gains de conductivité totale.
La capacité du modèle à simuler des
conditions réelles a même surpris l'équipe. "Nous ne pensions pas que ces
résultats seraient si proches de la réalité", a déclaré Kappagantula.
"Cette simulation de modèle basée sur la structure atomique et ses
différents états est si précise - je me suis dit:" Wow, c'est juste sur la
cible. C'est très excitant."
Avec une recette théorique pour
modifier la conductivité du métal désormais claire, les chercheurs prévoient de
voir dans quelle mesure ils peuvent augmenter la conductivité de l'aluminium en
laboratoire pour faire correspondre la théorie aux résultats expérimentaux. Ils
explorent également la possibilité d'augmenter la conductivité d'autres métaux
en utilisant les mêmes simulations.
La recherche est publiée dans
Physical Review B, et l'équipe s'attend à ce qu'un aluminium plus conducteur
ait des implications de grande envergure - toute application utilisant de l'électricité
ou du cuivre pourrait bénéficier du développement d'un aluminium
ultra-conducteur abordable, léger et ultra-conducteur.
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"Better"
copper means higher-efficiency electric motors
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information: Kashi N. Subedi et al, Electrical conduction processes in
aluminum: Defects and phonons, Physical Review B (2022). DOI: 10.1103/PhysRevB.105.104114
Journal information: Physical Review
B
Provided by
Pacific Northwest National Laboratory
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COMMENTAIRES
Admettons qu‘une modification de ce style conduise à une certaine configuration et structure d al’aluminium et de ces ajouts …Il
reste à savoir comment la réaliser metalurgiquement et a évaluer le prix de
cette modification ,, Je ne pense pas que cela
ne soit pas possible mais ça me rappelle les recherches de notre illustre PIERRE CHEVENARD
à qui les fabricants de rails avaient demandé de leur trouver un alliage de fer qui ne se dilate pas avec la température !!!!
( et qui a découvert malgré
tout l’invar ,l’elinvar etc … mais c’était plus cher !)
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