전도성이 높은 알루미늄은 구리와 동일할 수 있습니다.

May 23, 2023

전력전자 내부자

알루미늄 전도도에 대한 최초의 시뮬레이션은 저렴한 구리 대체품에 대한 방법을 제공합니다.

전기의 세계에서는 현재로서는 구리가 왕입니다. 알루미늄의 전도성을 높여 구리와 경제적으로 경쟁력을 갖추게 하는 방법을 제시하는 PNNL(Pacific Northwest National Laboratory)의 새로운 연구로 이러한 상황이 바뀔 수 있습니다. 이 연구는 완전히 실현된다면 송전선을 넘어 자동차, 전자 제품 및 전력망을 혁신하는 시장에서도 유용할 수 있는 초전도성 알루미늄 대안으로 이어질 수 있는 실험의 문을 열어줍니다.

PNNL의 Keerti Kappagantula는 "알루미늄을 구리보다 전도성이 80~90% 더 높게 만들 수 있다면 어떨까요? 구리를 대체할 수 있다면 엄청난 변화를 가져올 것입니다. 전도성이 높은 알루미늄은 더 가볍고 저렴하며 더 풍부하기 때문입니다."라고 말했습니다. 재료 과학자이자 연구 공동 저자입니다. "그것이 우리가 해결하려는 큰 그림의 문제입니다."

구리 수요가 가용성을 빠르게 앞지르면서 비용이 상승하고 있습니다. 구리는 훌륭한 전기 전도체입니다. 휴대용 전자 제품부터 인터넷에 전력을 공급하는 수중 전송 케이블까지 모든 곳에 사용됩니다. 그러나 구리의 가용성이 낮아지고 가격이 비싸지고 있다는 사실을 피할 수 없습니다. 이러한 문제는 기존 자동차보다 두 배나 많은 구리가 필요한 전기 자동차(EV)의 수가 증가함에 따라 더욱 악화될 것으로 예상됩니다. 게다가 구리는 무거워서 EV 효율을 떨어뜨립니다.

알루미늄은 가격과 무게가 구리의 1/3에 불과하지만 전도성은 60% 정도에 불과합니다. 알루미늄의 상대적으로 낮은 전도성은 실제 적용에 제한이 될 수 있습니다.

Kappagantula는 "등가 전도도를 갖는 더 가벼운 와이어를 사용하여 더 가벼운 모터 및 기타 전기 부품을 설계할 수 있기 때문에 전도도가 중요합니다. 그러면 차량이 잠재적으로 더 먼 거리를 이동할 수 있습니다."라고 말했습니다. "자동차의 전자 장치부터 에너지 생성, 자동차 배터리를 충전하기 위해 그리드를 통해 집으로 에너지를 전송하는 것, 전기로 작동하는 모든 것 등 모든 것이 더 효율적이 될 수 있습니다."

"수년 동안 우리는 금속을 더 전도성 있게 만들 수 없다고 생각했습니다. 그러나 사실은 그렇지 않았습니다"라고 Kappagantula는 설명했습니다. "금속의 구조를 변경하고 올바른 첨가제를 도입하면 실제로 금속 특성에 영향을 미칠 수 있습니다."

알루미늄 전도도가 얼마나 증가할 수 있는지 알아내기 위해 Kappagantula와 PNNL 박사 후 연구원 Aditya Nittala는 오하이오 대학의 David Drabold 교수 및 대학원생 Kashi Subedi와 협력하여 알루미늄 전도도에 온도 및 구조적 결함이 미치는 영향을 확인했습니다. 전도성을 높이기 위해 원자별 레시피를 개발합니다.

실제 상황을 시뮬레이션하는 모델의 능력은 팀조차 놀라게 했습니다. Kappagantula는 "우리는 이러한 결과가 현실에 가까울 것이라고 생각하지 않았습니다"라고 말했습니다.

이제 금속 전도도를 변경하는 이론적 방법이 명확해짐에 따라 연구진은 이론과 실험 결과를 일치시키기 위해 실험실에서 알루미늄의 전도도를 얼마나 증가시킬 수 있는지 알아볼 계획입니다. 그들은 또한 동일한 시뮬레이션을 사용하여 다른 금속의 전도성을 높일 수 있는 가능성도 조사하고 있습니다.

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