A combinação de fios de cobre com um toque de grafeno revela uma surpreendente eficiência

A adição de grafeno ao cobre para a fabricação de fios elétricos revelou melhorias notáveis de desempenho, desafiando a sabedoria científica convencional. Essa descoberta, conduzida pelo pesquisador Bharat Gwalani e sua equipe no Laboratório Nacional do Pacífico Noroeste (PNNL) nos EUA, tem o potencial de otimizar a distribuição de eletricidade, beneficiando residências, empresas e impulsionando a eficiência de motores, como os utilizados em veículos elétricos.

Num fenômeno que desafia a sabedoria científica convencional sobre a condução de eletricidade por metais, um composto de grafeno comum revelou melhorias notáveis de desempenho ao ser misturado na proporção adequada com o cobre para a fabricação de fios elétricos.

Essa descoberta, conduzida por Bharat Gwalani e sua equipe no Laboratório Nacional do Pacífico Noroeste (PNNL) nos EUA, tem o potencial de resultar em uma distribuição de eletricidade mais eficiente para residências e empresas. Além disso, pode contribuir para o desenvolvimento de motores mais eficientes, impulsionando assim veículos elétricos e equipamentos industriais.

Gwalani percebeu que o grafeno, uma única camada do mesmo material encontrado em grafite de lápis, tem a capacidade de aprimorar uma propriedade crucial dos metais conhecida como coeficiente de temperatura da resistência. Essa propriedade explica por que os fios metálicos aquecem quando a corrente elétrica os percorre. A redução dessa resistência implica um aumento na capacidade do metal de conduzir eletricidade.

A proposta é aprimorar a condutividade do metal, especialmente do cobre, o qual é amplamente utilizado em fios, por meio da adição de outros materiais, seguindo uma abordagem semelhante à dopagem utilizada em semicondutores.

O resultado foi alcançado ao incorporar 18 partes por milhão de grafeno ao cobre de grau elétrico. Isso resultou em uma diminuição de 11% no coeficiente de temperatura da resistência, sem afetar a condutividade elétrica em temperatura ambiente. Essa conquista tem relevância significativa na fabricação de motores para veículos elétricos, onde o aumento na condutividade elétrica dos enrolamentos dos fios de cobre se traduz diretamente em ganhos de eficiência para o motor.

“A descoberta desafia o conhecimento convencional sobre o comportamento dos metais como condutores”, afirmou a professora Keerti Kappagantula, coordenadora da pesquisa. “Tipicamente, a introdução de aditivos em um metal aumenta seu coeficiente de temperatura da resistência, indicando que ele se aqueceria mais rapidamente sob os mesmos níveis de corrente em comparação com metais puros. Estamos descrevendo uma propriedade nova e empolgante desse compósito metálico, no qual observamos uma melhoria na condutividade em um fio de cobre industrial.”

Quando implementados em diversas aplicações industriais, os novos fios compostos de cobre-grafeno oferecerão uma maior flexibilidade de design. “Onde quer que haja eletricidade, temos uma oportunidade de utilização,” destacou Kappagantula.

Fios de cobre enrolados e o grafeno

Por exemplo, os fios de cobre enrolados na forma de bobinas desempenham um papel crucial nos motores elétricos e geradores. Os motores convencionais são projetados para operar dentro de uma faixa específica de temperatura, pois o aumento excessivo de calor resulta em uma significativa queda na condutividade elétrica. Com o composto inovador de cobre-grafeno, os motores poderiam operar potencialmente em temperaturas mais elevadas sem comprometer a condutividade.

De maneira similar, os cabos que conduzem eletricidade das linhas de transmissão para residências e empresas são geralmente fabricados com cobre. À medida que a densidade populacional nas cidades aumenta, a demanda por energia também cresce. Um fio composto mais condutivo pode contribuir para atender a essa demanda sem a necessidade de instalar novas linhas de transmissão.

A equipe de pesquisa está empenhada em aprimorar continuamente o material de cobre-grafeno, avaliando outras propriedades essenciais, como resistência, fadiga, corrosão e resistência ao desgaste. Essas medições são cruciais para certificar o novo material para diversas aplicações industriais.

De acordo com ScienceDirect.

(Engenhariae)