Alumínio pode destronar o cobre como 'rei' da eletricidade.

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Cientistas do PNNL (Pacific Northwest National Laboratory) estão propondo como aumentar a condutividade do alumínio , tornando-o economicamente competitivo com o cobre.

A primeira simulação da condutividade do alumínio abre as portas para experimentos que, se totalmente realizados, podem levar a uma alternativa de alumínio ultracondutor ao cobre que seria útil em mercados além das linhas de transmissão, revolucionando veículos, eletrônicos e a rede elétrica , segundo os autores.

"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 grande diferença porque o alumínio mais condutor é mais leve, mais barato e mais condutor." Keerti Kappagantula, cientista de materiais do PNNL e coautora da pesquisa , disse em um comunicado

A demanda por cobre está rapidamente superando sua disponibilidade atual, elevando seu custo. O cobre é um excelente condutor elétrico, usado em tudo, desde dispositivos eletrônicos portáteis até cabos de transmissão subaquáticos que alimentam a Internet, mas não há como escapar do fato de que o cobre está se tornando menos disponível e mais caro. Espera-se que esses desafios se agravem com o crescente número de veículos elétricos, que precisam de duas vezes mais cobre do que os veículos tradicionais. Além disso, o cobre é pesado, o que reduz a eficiência dos veículos elétricos.

O alumínio é apenas um terço do preço e peso do cobre, mas tem apenas 60% de condutividade . A condutividade relativamente baixa do alumínio pode ser uma limitação em algumas aplicações do mundo real.

" A condutividade é fundamental porque o fio mais leve com condução equivalente pode ser usado para projetar motores mais leves e outros componentes elétricos, para que seu veículo possa percorrer distâncias maiores", disse Kappagantula. “Tudo, desde a eletrônica de um carro até a geração de energia e a transmissão dessa energia para sua casa através da rede para carregar a bateria do carro, qualquer coisa que funcione com eletricidade, tudo pode se tornar mais eficiente.” .

Aumentar a condutividade do alumínio seria um divisor de águas. "Durante anos, pensamos que os metais não poderiam ser mais condutores. Mas esse não é o caso", explicou Kappagantula. "Se você alterar a estrutura do metal e introduzir os aditivos corretos, você pode realmente influenciar suas propriedades."

Para começar a determinar o quanto a condutividade do alumínio poderia ser aumentada, Kappangantula e o pós-doutorando do PNNL Aditya Nittala se uniram ao professor da Universidade de Ohio David Drabold e ao estudante de pós-graduação Kashi Subedi para identificar os efeitos da temperatura e defeitos estruturais na condutividade do alumínio e desenvolver um átomo por átomo para aumentar sua condutividade.

Esse tipo de simulação molecular nunca havia sido feito para metais antes , então os pesquisadores tiveram que ser criativos. Eles buscaram inspiração nos semicondutores porque pesquisas anteriores haviam simulado com sucesso a condutividade nesses materiais à base de silício e alguns óxidos metálicos. A equipe adaptou esses conceitos para trabalhar com alumínio e simulou o que aconteceria com a condutividade do metal se átomos individuais em sua estrutura fossem removidos ou rearranjados. Essas pequenas mudanças resultaram em grandes ganhos na condutividade total.

A capacidade do modelo de simular condições do mundo real surpreendeu até a equipe. "Nós não achamos que esses resultados seriam tão próximos da realidade", disse Kappagantula. "Esta simulação de modelo que é baseada na estrutura atômica e seus diferentes estados é tão precisa que eu disse: 'Uau, isso está certo no alvo'. É muito emocionante."

Com uma receita teórica para alterar a condutividade do metal agora clara, os pesquisadores planejam ver o quanto eles podem aumentar a condutividade do alumínio no laboratório para combinar a teoria com os resultados experimentais. Eles também estão explorando a possibilidade de aumentar a condutividade de outros metais usando as mesmas simulações.

A pesquisa foi publicada na Physical Review B, e a equipe espera que o alumínio mais condutor tenha implicações de longo alcance: qualquer aplicação que use eletricidade ou cobre pode se beneficiar do desenvolvimento de alumínio ultracondutivo, leve e acessível.

Créditos

El aluminio puede destronar al cobre como 'rey' de la electricidad, europress. https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-aluminio-puede-destronar-cobre-rey-electricidad-20220630103501.html