Des chercheurs espagnols ont développé un nouveau matériau qui pourrait réduire considérablement le poids des systèmes électriques dans les véhicules électriques (VE), les drones et les avions. Cette percée, publiée dans Science et dirigée par l'Institut de Nanoscience et des Matériaux d'Aragon et l'Institut IMDEA Matériaux, implique un processus de dopage chimique qui a multiplié par 17 la conductivité des nanotubes de carbone tout en préservant l'intégrité structurelle des fibres.
À température ambiante, les fibres dopées atteignent environ 40% de la conductivité électrique du cuivre. Cependant, sur une base pondérale, leur conductivité spécifique dépasse celle de l'aluminium. Les fibres pèsent environ un sixième du cuivre tout en offrant environ cinq fois la résistance à la traction. Les versions précédentes de ces fibres étaient connues pour être résistantes et légères, mais manquaient de capacité de transport de courant suffisante, faisant de ce gain de conductivité l'avancée clé.
L'amélioration est venue du traitement des fibres avec du tétrachloroaluminate (AlCl4-), un dopant qui introduit des porteurs de charge sans perturber le réseau atomique, un défi de longue date. Préserver l'intégrité structurelle était crucial car un conducteur qui tombe en panne en service n'a aucune valeur pratique.
Les implications pour les VE sont substantielles. Les VE modernes transportent des charges importantes de cuivre, en particulier dans les faisceaux de câbles épais qui gèrent l'énergie haute tension. Remplacer une partie de ce cuivre par un matériau plus léger réduit la masse du véhicule et augmente l'autonomie. Une résistivité plus faible aux températures de fonctionnement réduit également l'accumulation de chaleur. Dans les drones, réduire la masse des câbles se traduit directement par un temps de vol plus long, et pour les constructeurs aéronautiques, les économies de poids génèrent des bénéfices démesurés.
Le matériau fonctionne de manière fiable dans des conditions sèches et montre une tolérance acceptable à l'humidité, des facteurs clés pour les normes de certification des transports. En termes de conductivité spécifique, le critère que les fabricants privilégient le plus, les fibres traitées sont entrées dans un territoire qui mérite une attention sérieuse en ingénierie. Aux valeurs maximales, elles dépassent également la conductivité de l'aluminium en valeur absolue.
Les défis restants concernent la fabrication : produire des fibres cohérentes à grande échelle, assurer la compatibilité matérielle et établir un profil de coût compétitif par rapport aux métaux conventionnels. Si ces problèmes peuvent être résolus, la technologie pourrait passer des laboratoires aux systèmes électriques des VE et avions de nouvelle génération. Une infrastructure de recyclage pour ces matériaux devra également être développée.
De nombreuses entreprises du secteur automobile, comme Ferrari N.V. (NYSE: RACE), surveilleront de près si ce nouveau matériau devient disponible commercialement à grande échelle et à des prix rendant le passage du cuivre économiquement viable.
