视焦点讯！PNNL研究超导电铝以替代铜 或用于汽车

就目前而言，在电力行业，铜是王者。据外媒报道，太平洋西北国家实验室（PNNL）的新研究可能改变这种情况。该实验室提供了一种提高铝导电性的方法，使其在经济效益上比铜更具有竞争力。这项研究打开了实验的大门，如果成功的话，将提供一种可以替代铜的超导电铝。这种铝可用于输电线路以外的市场，彻底改变汽车、电子产品和电网。

（图片来源：太平洋西北国家实验室）

【资料图】

研究人员表示，如果用导电性更高的铝取代铜，将产生巨大的影响，因为铝更轻、成本更低、更丰富。

铜和铝

目前，铜的需求量不断增长，迅速超过其供应量，从而导致成本上升。作为一种很好的导体，铜的应用非常广泛，包括手持电子设备，以及为互联网供电的水下传输电缆等。然而，铜越来越少，越来越贵，这一点不容忽视。随着电动汽车不断发展，预计这一趋势将越来越严峻，因为电动汽车中使用的铜是传统汽车的两倍。此外，铜很重，也会影响电动汽车的效率。

铝的价格和重量比铜低三分之二。但是，铝的导电性相对较低，仅为铜的60%左右，使其实际应用受限。

PNNL研究人员Keerti Kappagantula表示：“导电性很关键，因为使用具有同等导电性的轻质导线，设计出来的电机和其他电子部件也更轻，这样就可以延长汽车的续航里程。任何依靠电力运行的东西，都可以因此变得更高效，比如汽车电子设备、能源发电，以及通过电网给家中的汽车电池充电。”

提高铝的导电性将改变游戏规则

Kappagantula解释说：“多年来，研究人员一直认为，金属的导电性是不可能提高的。然而，事实并非如此。如果改变金属的结构，并引入合适的添加剂，确实可以影响其性能。”

为了解铝的导电性可以提高多少，Kappangantula、PNNL博士后学者Aditya Nittala与俄亥俄大学（Ohio University）的著名教授David Drabold和研究生Kashi Subedi合作，确定温度和结构缺陷对铝导电性的影响，并开发了一种可逐一控制各个原子的配方，以提高导电性。

由于从末对金属进行此类分子模拟，研究人员希望从半导体中找到灵感。因为之前已有一些研究成功模拟了这些硅基材料和一些金属氧化物的导电性。该团队将这些概念应用到铝的研究中，并模拟了如果铝结构中的单个原子被移除或重新排列，这种金属的导电性会发生什么变化。这些微小的变化叠加在一起，从总体上大幅提高了导电性。

该模型模拟现实环境的能力，甚至让团队人员感到惊讶。Kappagantula表示：“没想到这些结果会这样接近现实。这种基于原子结构及其不同状态的模型模拟，能够达到很高的精确度。”

现在，研究人员已明确可以改变金属导电性的理论方法，并计划在实验室中了解铝导电性的具体提升程度，以使理论值与实验结果相符。另外，探讨通过同样的模拟过程提高其他金属导电性的可能性。

该团队预计，开发导电性更高的铝，将产生深远的影响。这种超导电铝价格合理、重量轻，如果成功的话，所有使用电力或铜的应用都将从中受益。

关键词： 太平洋西北国家实验室 铝导电性 超导电铝