Um Desafio para os Condutores de Alumínio

Como tornar o alumínio tão eletricamente condutor quanto o cobre

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/07/2022



Há muitas vantagens em colocar o alumínio tecnicamente mais próximo do cobre.
[Imagem: Kashi N. Subedi et al. - 10.1103/PhysRevB.105.104114]


Alumínio x cobre

Pesquisadores descobriram como incrementar a capacidade do alumínio de conduzir eletricidade a um nível que o torna tecnicamente competitivo com o cobre.

Isso abre as portas para um alumínio ultracondutor que possa ser uma alternativa real ao cobre, o que seria útil em mercados que vão das linhas de transmissão de energia e dos eletrônicos aos veículos elétricos.

"E se você pudesse tornar o alumínio mais condutor - até 80% ou 90% tão condutor quanto o cobre? Você poderia substituir o cobre e isso faria uma enorme diferença porque o alumínio mais condutor é mais leve, mais barato e mais abundante," disse Keerti Kappagantula, pesquisador do Laboratório Nacional Noroeste do Pacífico (PNNL), nos EUA.

O cobre é um ótimo condutor elétrico, mas não há como escapar do fato de que ele está se tornando mais raro e mais caro. E isso só deve piorar com o aumento do número de veículos elétricos, que precisam de duas vezes mais cobre do que os veículos de motores a combustão. Além disso, o cobre é pesado, o que reduz a eficiência dos carros e aviões elétricos.

O alumínio, por sua vez, é 60% mais barato, 1.000 vezes mais abundante na superfície da Terra e pesa 1/3 do peso do cobre - o problema é que ele conduz apenas 60% da eletricidade que os fios de cobre da mesma dimensão transportam.

Receita para aumentar a condutividade

Para avaliar o quanto a condutividade do alumínio pode ser aumentada, Kappangantula e seus colegas simularam os efeitos da temperatura e de defeitos estruturais na condutividade do metal.

Eles descobriram que a chave para melhorar a condutividade do alumínio está em fazer alterações em sua estrutura atômica e adicionar os elementos aditivos corretos.

E o resultado da simulação é uma receita átomo por átomo para aumentar a condutividade do alumínio.

Esse tipo de simulação molecular nunca havia sido feito para metais, então a equipe teve que ser criativa: Eles buscaram inspiração nos semicondutores porque pesquisas anteriores haviam simulado com sucesso a condutividade nesses materiais à base de silício e em alguns óxidos metálicos, e a dopagem - a adição de outros elementos - é uma tarefa corriqueira na indústria microeletrônica.

A equipe simulou ainda o que aconteceria com a condutividade do alumínio se átomos individuais em sua estrutura fossem removidos ou rearranjados. E essas pequenas mudanças resultaram em grandes ganhos na condutividade total.

"Nós não pensamos que esses resultados seriam tão próximos da realidade," disse Kappagantula. "Esse modelo simulado é baseado na estrutura atômica e seus diferentes estados são muito precisos - eu fiquei tipo, 'Uau, isso foi direto no alvo.' É muito emocionante."

Com a receita teórica para alterar a condutividade do alumínio agora clara, os pesquisadores planejam ver o quanto eles podem obter no laboratório. Eles planejam também explorar a possibilidade de aumentar a condutividade de outros metais usando as mesmas simulações.

Bibliografia:

Artigo: Electrical conduction processes in aluminum: Defects and phonons
Autores: Kashi N. Subedi, Keerti Kappagantula, Frank Kraft, Aditya Nittala, David A. Drabold
Revista: Physical Review B
Vol.: 105, Iss. 10
DOI: 10.1103/PhysRevB.105.104114

fonte:
https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=como-tornar-aluminio-tao-eletricamente-condutor-quanto-cobre&id=010160220708&ebol=sim#.YsllX3bMK1s

Talvez possa se utilizar aquele lazer de partículas que fizeram últimamente como parte do processo desse beneficiamento do alumínio, mas seria só parte do processo.

Outro que ainda não temos solução, seria de como tornar o Alumino, fino o suficiente para poder receber esse beneficiamento.

Isto conseguimos sim, mas vamos precisar fazer isso em grande escala.
Também é possível, as duas coisas, talvez em uns 5 anos conseguimos ter este fio de alumínio com alta capacidade de condução.

Só que obviamente terá um custo, resta saber se compensaria.

Além da questão 'financeira' qual outro benefício teríamos?

O caminho me parece promissor. Talvez venha ser útil até para outros setores da metalurgia.