L'aluminium hautement conducteur peut égaler le cuivre

May 23, 2023

Électronique de puissance INITIÉ

Une toute première simulation de la conductivité de l'aluminium offre une recette pour un substitut peu coûteux au cuivre.

Dans le monde de l'électricité, le cuivre est roi — 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 des marchés même 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 au PNNL et co-auteur de la recherche. "C'est le gros problème que nous essayons de résoudre."

La demande de cuivre dépasse rapidement sa disponibilité, 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 les 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."

"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, Kappagantula 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 de la conductivité de l'aluminium et développer une recette atome par atome pour augmenter sa conductivité.

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.

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.

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