Kupferdraht mit Graphen sind ein wichtiger Durchbruch für Elektroautos

Forscher des Pacific Northwest National Laboratory in den USA haben die Leitfähigkeit von Kupferdraht, der in Kraftfahrzeugkomponenten verwendet wird, um 5% erhöht. Den Wissenschaftlern zufolge - die sich mit General Motors zusammengetan haben, um den aufgemotzten Kupferdraht zu testen - kann ihre Erfindung einen großen Unterschied in der Motoreffizienz machen, da möglicherweise weniger Kupfer benötigt wird, was das Gewicht und Volumen verschiedener Komponenten verringern kann, die voraussichtlich zukünftige Elektrofahrzeuge antreiben werden. Mit Hilfe einer neuen, patentierten und zum Patent angemeldeten Herstellungsplattform fügten die Experten dem Kupfer Graphen hinzu und produzierten Draht. Die Erhöhung der Leitfähigkeit im Vergleich zu reinem Kupfer wird durch eine neuartige Maschine ermöglicht, die Metall und Verbundwerkstoffe, darunter Kupfer, kombiniert und extrudiert. Das Verfahren wurde ShAPE genannt, was für Shear Assisted Processing and Extrusion (schergestützte Verarbeitung und Extrusion) steht.  Bei diesem Verfahren wird eine Gegenkraft - oder Scherkraft - durch die Rotation eines Metalls oder Verbundwerkstoffs ausgeübt, während es durch eine Düse gedrückt wird, um eine neue Form zu erzeugen. Dieser Ansatz erzeugt eine innere Erwärmung, indem das Metall verformt wird, wodurch es weicher wird und sich zu Drähten, Rohren und Stangen formen kann. "ShAPE ist das erste Verfahren, mit dem eine verbesserte Leitfähigkeit von Kupfer im Massenmaßstab erreicht wurde, d.h. es kann Materialien in einer Größe und einem Format herstellen, wie sie die Industrie derzeit verwendet", sagte Glenn Grant, der Hauptforscher der Initiative, in einer Medienerklärung. "Der Nutzen der Zugabe von Graphen zu Kupfer wurde bereits früher untersucht, aber diese Bemühungen konzentrierten sich in erster Linie auf dünne Filme oder Schichtstrukturen, deren Herstellung extrem kostspielig und zeitaufwendig ist. Das ShAPE-Verfahren ist der erste Nachweis einer beträchtlichen Verbesserung der Leitfähigkeit von Kupfer-Graphen-Verbundwerkstoffen, die in einem wirklich skalierbaren Prozess hergestellt werden. Laut Grant hat sich die Zugabe von Graphen zu Kupfer als schwierig erwiesen, da sich die Zusätze nicht gleichmäßig vermischen und Klumpen und Porenräume innerhalb der Struktur bilden. Der Shape-Prozess eliminiert jedoch Porenräume und verteilt gleichzeitig die Additive innerhalb des Metalls gleichmäßig, was der Grund für die verbesserte elektrische Leitfähigkeit sein kann.  "Die gleichmäßige Verteilung des Graphens durch ShAPE ist der Grund dafür, dass nur wirklich winzige Mengen an Additiven benötigt werden - etwa sechs Teile pro Million Graphenflocken -, um eine wesentliche Verbesserung der Leitfähigkeit um 5% zu erreichen", sagte die Materialwissenschaftlerin Keerti Kappagantula in dem Briefing. "Andere Methoden erfordern große Mengen an Graphen, dessen Herstellung sehr teuer ist, und haben noch immer nicht die hohe Leitfähigkeit erreicht, die wir im Massenmaßstab demonstriert haben". Kappagantula sagte, dass die Forschungs- und Entwicklungsingenieure von General Motors verifiziert hätten, dass Kupferdraht mit höherer Leitfähigkeit auf genau dieselbe Weise geschweißt, gelötet und geformt werden kann wie herkömmlicher Kupferdraht. Dies deutet auf eine nahtlose Integration in bestehende Motorfertigungsprozesse hin.  Nach Ansicht des Forschers lässt sich die Technologie auch auf andere Industriezweige anwenden, die Kupfer für den Transport von elektrischer Energie verwenden, darunter Stromübertragung, Elektronik, drahtlose Ladegeräte, Generatoren, Unterwasserkabel und Batterien.