Tornar os veículos mais leves é um objectivo comum a veículos eléctricos, drones e naves espaciais. Máquinas mais leves usam menos energia, ajudam as baterias a trabalhar de forma mais eficiente e podem viajar mais longe. A leveza está também ligada à sustentabilidade, porque um melhor desempenho global pode reduzir as emissões de carbono. Os motores eléctricos estão no centro desta tendência. As suas bobines representam uma grande parte do peso do motor, e a maioria das bobines usa cobre. O cobre conduz bem a electricidade, mas apresenta desafios, tais como preocupações com o fornecimento do metal, flutuações de preços e peso adicional devido à elevada densidade.
Uma equipa liderada pelo Dr. Dae-Yoon Kim, do Instituto de Investigação de Materiais Compósitos do Instituto de Ciência e Tecnologia da Coreia (KIST), construiu um motor eléctrico que utiliza uma bobine feita apenas de nanotubos de carbono (CNT), sem metais. Nos testes, a equipa conseguiu controlar as rotações por minuto (RPM) do motor de acordo com as alterações na voltagem de entrada. Isso mostra que um motor pode realizar a sua tarefa básica, transformando energia eléctrica em força de rotação, sem usar condutores metálicos.
Os CNT são nanomateriais unidimensionais em forma de tubo, com átomos de carbono dispostos numa estrutura hexagonal em colmeia. São muito mais leves do que os metais comuns e são conhecidos pela sua elevada condutividade eléctrica, forte resistência mecânica e boa condutividade térmica. Ainda assim, os CNT enfrentaram obstáculos na sua utilização no mundo real. Um problema principal são os metais catalisadores que sobram do processo de fabrico. Estas partículas metálicas aderem às superfícies dos CNT e reduzem o desempenho eléctrico, o que afecta directamente as peças do motor.
A equipa do KIST desenvolveu um novo processo de purificação de que utiliza o comportamento de alinhamento dos cristais líquidos, um “quarto estado da matéria” que se situa entre o líquido e o sólido. À medida que os CNT se alinham, o processo desfaz naturalmente os aglomerados e ajuda a remover as partículas metálicas da superfície. O ponto-chave é que pode remover selectivamente as impurezas sem danificar a nanoestrutura dos CNT. Isto distingue-o de muitos métodos de purificação em fase líquida e gasosa. O resultado são CNT com uma condutividade muito melhor, alta o suficiente para funcionar em motores eléctricos reais.
Os investigadores formaram então bobines a partir dos CNT purificados e puseram a funcionar motores que mostraram um controlo estável de RPM com diferentes voltagens. Se esta abordagem for escalável, bobines mais leves podem reduzir o peso dos motores e a massa total do sistema. Pode também diminuir a dependência do cobre e limitar a exposição aos riscos de preço e de fornecimento. O trabalho futuro terá de comparar a densidade de potência, a eficiência, a gestão do calor e o custo com os motores que empregam cobre em condições de funcionamento reais.
“Ao desenvolver um novo conceito de tecnologia de alta qualidade de CNT que não existiu até agora, fomos capazes de maximizar o desempenho eléctrico das bobines de CNT para fazer funcionar motores eléctricos sem metal”, disse o Dr. Dae-Yoon Kim do KIST. “Com base na inovação de materiais de CNT, assumiremos a liderança na localização de materiais, tais como materiais condutores para baterias, películas para semicondutores e cabos para robôs.”
