/nginx/o/2024/10/18/16426805t1hbc77.png)
:format(webp)/nginx/o/2025/06/13/16920808t1h9a4f.jpg)
Korea teaduse ja tehnoloogia instituudi (Korea Institute of Science and Technology ehk KIST) teadlased on välja töötanud uue süsiniknanotorudest elektrijuhtme, mis on kerge, painduv ja juhib väga hästi elektrit, sisaldamata vaske ja alumiiniumit. Miks selline süsinikust mootor hea on? Selgub, et mitmel olulisel põhjusel.
Kasutades meetodit nimega Lyotropic Liquid Crystal-Assisted Surface Texturing (LAST), lõid nad niinimetatud tuum–kattekihi komposiitkaablid (core-sheath composite electric cables ehk CSCEC), mis juhivad elektrit tõhusalt ning on erakordselt kerged.
Iga CSCEC-juhe oli vaid ligikaudu 0,3 mm paksune koos isoleerkihiga. Juhtiva tuuma läbimõõt on vaid ~256 mikromeetrit, kaitsekate 10 mikromeetrit – kokku ligi sama peenike, kui inimese juuksekarv, kuid suudab siiski toita pöörlevat elektrimootorit.
CSCEC-kaablid suutsid edukalt asendada ka kogu vasktraadi väikese elektrimootori sees, mis käitas mudelautot. Dr Dae-Yoon Kim KIST-ist selgitas: «Arendasime täiesti uuel kontseptsioonil põhineva kõrgekvaliteedilise CNT-tehnoloogia, mis lubas meil maksimeerida süsiniknanotorukeste elektrilisi omadusi ja kasutada neid elektrimootorite käitamiseks ilma metallita,» vahendab New Atlas.
/nginx/o/2025/06/13/16920806t1he7d8.jpg)
Läbimurde võti on nn LAST-protsessis, mis lühidalt tähendab, vedelkristallilises olekus ained (lüotroopsed vedelkristallid), mis voolavad nagu vedelikud, kuid säilitavad kristallilist struktuuri, aitavad süsiniknanotorusid joondada ja hajutada, vältides nende kokkukleepumist. Koos keemilise loputusfaasiga eemaldab protsess tootmisel tekkinud metallkatalüsaatori jäägid, säilitades CNT-de ühe mõõtme nanostruktuuri – omaduse, mis muudab need nii ainulaadseks. LAST-protsess parandas juhtivust enam kui 130%, vähendas kaalu ning säilitas juhtmete juhtivuse stabiilsuse ajas.
Kuna elektrisõidukite puhul loevad sellised parameetrid nagu kaal, aku kestvus ja efektiivsus väga palju, on CSCEC-id väga paljulubavad juhtmed selles valdkonnas. Tänased elektrimootorid, kuigi kergemad kui sisepõlemismootorid, sisaldavad endiselt üsna palju vaske, eriti rootorite ja staatorite mähistes ning juhtmestikus. Näiteks Tesla Model S-i esisillamootor kaalub 31,8 kg ja tagasillamootor 36,3 kg – umbes 25% sellest kaalust on vask. CSCEC-juhtmetega võiks kahe mootori kogumassi vähendada 68 kg pealt 52,2 kg peale. Kuigi 15,8 kg tundub kaks tonni kaaluva auto jaoks väike, mõjutab see siiski inertsust – väiksem pöörlemismass tähendab kiiremat reageerimist, tõhusamat pöördemomendi ülekannet ja vähem mehaanilist kadu. Samuti väheneb soojuskoormus, võimaldades väiksemaid ja kergemaid jahutussüsteeme – tulemuseks on pikem sõiduulatus ja tõhusam energiakasutus.
KIST-i katsed piirdusid aga veel madalpinge (2–3 volti) ja 3,5-vatise võimsusega mänguasjamootoritega – väga kesised näitajad võrreldes tegelike elektrisõidukite mootoritega. Kui CSCEC-juhtmed suudaksid asendada kogu vaskmaterjali mootoris, võiks vertikaalse õhkutõusuga elektrilise lennuki kaal väheneda 136–227 kg võrra – mis oleks juba iga õhusõiduki inseneri unistus.
Reaalsuses on aga sellel tehnoloogial siiski mõned piirangud. LAST-protsessist hoolimata ei suuda CNT-juhtmed veel saavutada vase elektrijuhtivust (~7,7 MS/m vs 59 MS/m vase puhul). Sama suuruse ja pingega läbib CNT-juhet vähem voolu, mis tähendab madalamat väljundvõimsust. Näiteks KIST-i CNT-mootor saavutas 3420 pööret minutis, samal ajal kui vaskversioonil ulatus see 18 120 p/min-ni. Samas kaalub CNT-juhtmete tuum vaid viiendiku vaskversioonist, mis tähendab, et spetsiifiline pöörlemiskiirus – oluline näitaja lennunduses – oli ainult umbes 6% madalam kui vaskmootoril.
Ent on ka kuluprobleem. Spetsiaalsed CNT tuuma–kattekihi komposiitkaablid võivad maksta 375–500 USA dollarit kilogrammi kohta, võrreldes vase 10–11 dollariga. Lisaks ei saa neid lihtsalt olemasolevatele toodetele üle kanda – vaja on ümber disainida nii isolatsioon kui mähiste geomeetria.
Teadlaste hinnangul võiks juhtivust parandada veelgi, näiteks polümeerkatete optimeerimise või CNT-de parema joondamise kaudu. Tuleb arvestada ka keskkonnamõjudega: kuigi CNT-d vähendavad materjalimassi, nõuab nende tootmine palju energiat ja süsinikkiudusid sünteesitakse peamiselt fossiilkütustest, tekitades toksilisi kõrvalprodukte. Näiteks kasutab LAST-protsess klorosulfoonhapet ja tekitab loputusfaasis vesinikkloriidhapet. Kuid samas on uute vasemaardlate rajamine samuti keskkonnaprobleem.