Melhorar autonomia dos veículos elétricos exigirá trocar cobre por alumínio

Mec?nica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/03/2025

Como substituir cobre por alum?nio

Diminuir o peso dos carros sempre foi uma abordagem seguida pela ind?stria automotiva para alcan?ar uma maior economia de combust?vel, mas o problema ? ainda mais crucial com os ve?culos el?tricos.

Acontece que a eletrifica??o torna os ve?culos totalmente dependentes de fios - e fios s?o muito pesados.

"Historicamente, os condutores el?tricos t?m sido feitos de cobre, pela simples raz?o de que este metal tem excelente condutividade, conformabilidade e resist?ncia," comenta Jorgen Sorhaug, da Universidade Norueguesa de Ci?ncia e Tecnologia. "Mas [o cobre] tem uma desvantagem: ele tamb?m ? bem pesado. Portanto, a contribui??o de peso do cobre em um ve?culo el?trico ? significativa."

Com essa alta densidade de massa, o cobre tornou-se um alvo de primeira linha para a substitui??o, e o alum?nio surge como uma alternativa tamb?m de primeira linha.

"O alum?nio ? uma boa alternativa ao cobre, j? que tem quase a mesma condutividade, boa conformabilidade e boa resist?ncia quando ligas s?o adicionadas, ou seja, quando ? misturado com outros elementos. O alum?nio tamb?m ? muito mais leve do que o cobre," destacou Sorhaug.

Mas h? um problema: O alum?nio puro ? mecanicamente muito mais fraco do que o cobre, o que ? uma desvantagem na ind?stria automotiva porque os carros exigem fia??es com curvaturas acentuadas e submetem tudo a vibra??es constantes, o que deixa o material ainda mais sujeito ? fadiga.

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Soldagem a frio

? poss?vel aumentar a resist?ncia do alum?nio fazendo ligas. Doses precisas de outros metais s?o adicionadas ao elemento principal, os chamados elementos de liga. Al?m disso, a liga pode ser tratada termomecanicamente - ela ? laminada ou moldada de outra forma antes de ser tratada termicamente.

"Mas as ligas de alum?nio s?o frequentemente sens?veis a altas temperaturas, e sua resist?ncia geralmente ser? enfraquecida pela soldagem. Portanto, tamb?m investigamos o que causa essa redu??o de resist?ncia no n?vel at?mico e como podemos melhorar as ligas para suportar melhor o calor," contou Sorhaug.

Para enfrentar esse dilema, o pesquisador constatou que o melhor caminho ? substituir por alum?nio apenas uma parte dos fios de cobre, criando condutores el?tricos h?bridos de cobre e alum?nio. E, como a soldagem tradicional gera problemas, ele partiu para a soldagem a frio.

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Colagem de metais h?bridos

Os processos tradicionais de soldagem acabavam criando dom?nios quebradi?os, conhecidos como fases intermet?licas, piorando a condutividade dos fios. Sorhaug ent?o partiu para uma solu??o dom?stica, criada na pr?pria universidade, que eles chamam de "t?cnica de extrus?o e colagem de metais h?bridos".

O fio de alum?nio ? processado por meio de uma extrusora especialmente projetada, que cumpre um papel duplo: Fornecer press?o suficiente para que ocorra a liga??o met?lica e dispersar ?xidos presentes tanto no alum?nio quanto no cobre, para evitar preju?zos ? condutividade.

"Descobrimos que esta t?cnica ? mais adequada para unir alum?nio e cobre do que outras t?cnicas de soldagem a frio. Camadas intermet?licas finas e de crescimento lento se formam na interface entre os metais. Isso ? ben?fico porque ajuda a evitar que as propriedades mec?nicas e el?tricas desses condutores se alterem," disse Sorhaug.

A equipe agora est? trabalhando para otimizar o processo e obter melhores resultados na condutividade dos fios h?bridos, j? com vistas ? comercializa??o da tecnologia.

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