¿Fin del cobre? Un metal 3 veces más barato podría reemplazarlo como conductor eléctrico
Es más liviano y más abundante. Ahora, un equipo de científicos ha hallado la forma de hacer este elemento más eficiente y así revolucionar el mundo de la electricidad.
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En la actualidad, el cobre mantiene su hegemonía en el mundo de la electricidad. Su alta conductividad (100%) y un precio competitivo lo convirtieron en la opción ideal para las redes eléctricas, los vehículos de transporte, los dispositivos electrónicos y otros usos. Sin embargo, ahora tiene un fuerte contendiente entre los metales: el aluminio.
Una investigación realizada por científicos del PNNL (Pacific Northwest National Laboratory, Departamento de Energía de EE. UU.), ha propuesto una serie de modificaciones a escala atómica para volver al aluminio un conductor eléctrico tan eficiente como el cobre.
“¿Qué pasaría si pudieras hacer que el aluminio sea más conductivo, incluso un 80% o un 90 % tan conductivo como el cobre? Podrías reemplazarlo y eso marcaría una gran diferencia porque el aluminio es más liviano, más barato y más abundante”, dijo en un comunicado Keerti Kappagantula, científico de materiales del PNNL y coautor del estudio.
Este trabajo, publicado en la revista Physical Review B, abre la puerta a experimentos que, si se realizan por completo, podrían conducir a una alternativa al cobre que sería útil en mercados más allá de las líneas de transmisión, revolucionando los vehículos, la electrónica y la red eléctrica, según los autores.
La demanda de cobre está superando rápidamente su disponibilidad actual, lo que eleva su costo. Asimismo, se espera que esta situación empeore con el creciente número de vehículos eléctricos, que necesitan el doble de cobre que los vehículos tradicionales.
Cables de cobre. Foto: coats.com
El aluminio, la mejor alternativa
El aluminio tiene un tercio del precio y del peso del cobre, pero solo posee un 60% de conductividad, lo que puede ser una limitación en algunas aplicaciones del mundo real.
“La conductividad es clave porque un cable más liviano con una conducción equivalente se puede usar para diseñar motores más livianos y otros componentes eléctricos, por lo que su vehículo puede recorrer distancias más largas”, dijo Kappagantula.
“Todo, desde los componentes electrónicos de un automóvil hasta la generación y transmisión de energía a su hogar a través de la red para cargar la batería de su automóvil, cualquier cosa que funcione con electricidad, puede volverse más eficiente”, añadió.
Aumentar la conductividad del aluminio cambiaría las reglas del juego. “Durante años, pensamos que los metales no podían hacerse más conductores. Pero ese no es el caso”, explicó Kappagantula. “Si alteras la estructura del metal e introduces los aditivos correctos, de hecho puedes influir en sus propiedades”.
Una ‘receta’ para aumentar la conductividad del aluminio
Para explorar cuánto se podría aumentar la conductividad del aluminio, Kappangantula y la becaria postdoctoral del PNNL Aditya Nittala se asociaron con el profesor David Drabold y el estudiante de posgrado Kashi Subedi de la Universidad de Ohio.
El equipo se enfocó en identificar los efectos de la temperatura y los defectos estructurales en la conductividad del aluminio, así como desarrollar una ‘receta’ átomo por átomo para aumentar su conductividad.
Los investigadores analizaron posibles cambios a escala atómica en el aluminio. Foto: referencial / UC Berkeley
Este tipo de simulación molecular nunca antes se había realizado para metales, por lo que los investigadores tuvieron que ser creativos. Buscaron inspiración en los semiconductores porque estudios anteriores habían simulado con éxito la conductividad en estos materiales a base de silicio y algunos óxidos metálicos.
Por tanto, adaptaron estos conceptos para trabajar con aluminio y simuló lo que sucedería con la conductividad del metal si se eliminaran o reorganizaran los átomos individuales de su estructura. Estos pequeños cambios dieron como resultado grandes ganancias en la conductividad total.
La capacidad del modelo para simular condiciones del mundo real sorprendió incluso a los propios investigadores. “No pensamos que estos resultados estarían tan cerca de la realidad”, dijo Kappagantula. “Esta simulación de modelo que se basa en la estructura atómica y sus diferentes estados es tan precisa que dije: ‘Oh, eso da justo en el objetivo’. Es muy emocionante.”
Ahora, el grupo de expertos planea ver cuánto pueden aumentar la conductividad del aluminio en el laboratorio para hacer coincidir la teoría con los resultados experimentales. También están explorando la posibilidad de aumentar la conductividad de otros metales utilizando las mismas simulaciones.
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