Spanische Forscher haben ein neues Material entwickelt, das das Gewicht elektrischer Systeme in Elektrofahrzeugen (EVs), Drohnen und Flugzeugen deutlich reduzieren könnte. Der Durchbruch, veröffentlicht in Science und geleitet vom Institut für Nanowissenschaften und Materialien von Aragon und dem IMDEA Materialien-Institut, beinhaltet einen chemischen Dotierungsprozess, der die Leitfähigkeit von Kohlenstoff-Nanoröhren um das 17-fache steigerte, während die Fasern strukturell intakt blieben.
Bei Raumtemperatur erreichen die dotierten Fasern etwa 40 % der elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer. Auf Gewichtsbasis übertrifft ihre spezifische Leitfähigkeit jedoch die von Aluminium. Die Fasern wiegen etwa ein Sechstel von Kupfer und bieten etwa die fünffache Zugfestigkeit. Frühere Versionen dieser Fasern waren zwar robust und leicht, hatten aber eine unzureichende Stromtragfähigkeit, was diesen Leitfähigkeitsgewinn zur entscheidenden Verbesserung macht.
Die Verbesserung ergab sich aus der Behandlung der Fasern mit Tetrachloroaluminat (AlCl4-), einem Dotierungsmittel, das Ladungsträger einführt, ohne das atomare Gitter zu stören – eine langjährige Herausforderung. Die Erhaltung der strukturellen Integrität war entscheidend, da ein Leiter, der im Einsatz versagt, keinen praktischen Wert hat.
Die Auswirkungen auf EVs sind erheblich. Moderne EVs transportieren erhebliche Kupfermengen, insbesondere in den dicken Kabelbäumen, die die Hochspannungsleistung verwalten. Das Ersetzen eines Teils dieses Kupfers durch ein leichteres Material reduziert die Fahrzeugmasse und erhöht die Reichweite. Ein geringerer spezifischer Widerstand bei Betriebstemperaturen reduziert zudem die Wärmeentwicklung. Bei Drohnen führt die Reduzierung der Kabelmasse direkt zu längeren Flugzeiten, und für Flugzeugentwickler bringen Gewichtseinsparungen überproportionale Vorteile.
Das Material funktioniert zuverlässig unter trockenen Bedingungen und zeigt eine akzeptable Feuchtigkeitstoleranz, Schlüsselfaktoren für Transportzertifizierungsstandards. In Bezug auf die spezifische Leitfähigkeit – die Kennzahl, die Hersteller am meisten priorisieren – haben die behandelten Fasern ein Niveau erreicht, das ernsthafte technische Aufmerksamkeit verdient. Bei Spitzenwerten übertreffen sie auch die Leitfähigkeit von Aluminium auf absoluter Basis.
Die verbleibenden Herausforderungen liegen in der Fertigung: konsistente Fasern in großem Maßstab herzustellen, Hardware-Kompatibilität sicherzustellen und ein Kostenprofil zu etablieren, das mit herkömmlichen Metallen konkurrieren kann. Wenn diese Probleme gelöst werden können, könnte die Technologie aus den Laboren in die elektrischen Systeme von EVs und Flugzeugen der nächsten Generation einziehen. Auch die Recycling-Infrastruktur für diese Materialien muss entwickelt werden.
Viele Unternehmen im Automobilbereich, wie Ferrari N.V. (NYSE: RACE), werden beobachten, ob dieses neue Material kommerziell in großem Maßstab und zu Preisen verfügbar wird, die einen Wechsel von Kupfer wirtschaftlich sinnvoll machen.
