Les scientifiques du PNNL ont réussi à augmenter la conductivité de l'aluminium.

Les scientifiques du PNNL (Pacific Northwest National Laboratory) proposentd'augmenter la conductivité de l'aluminium afin de le rendre économiquement compétitif par rapport au cuivre.

La première simulation de la conductivité de l'aluminium ouvre la voie à des expériences qui, si elles sont menées à bien, pourraient déboucher sur une alternative ultraconductrice à l'aluminium au cuivre qui serait utile sur des marchés autres que celui des lignes de transport d'électricité,révolutionnant ainsi les véhicules, l'électronique et le réseau électrique, selon les auteurs.

« Que se passerait-il si vous pouviez rendre l'aluminium plus conducteur, voire 80 % ou 90 % aussi conducteur que le cuivre ? Vous pourriez remplacer le cuivre, ce qui ferait une énorme différence, car l'aluminium plus conducteur est plus léger, moins cher et plus abondant », a déclaréKeertiKappagantula, scientifique spécialisé dans les matériaux au PNNL et coauteur de l'étude,dans un communiqué.« C'est le problème général que nous essayons de résoudre. »

La demande en cuivre dépasse rapidement son offre actuelle, ce qui fait grimper son prix. Le cuivre est un excellent conducteur électrique, utilisé dans tout, des appareils électroniques portables aux câbles sous-marins qui alimentent Internet, mais on ne peut échapper au fait que le cuivre est de moins en moins disponible et de plus en plus cher.

Caractéristiques

Ces défis devraient s'aggraver avec l'augmentation du nombre de véhicules électriques, qui nécessitent deux fois plus de cuivre que les véhicules traditionnels.De plus, le cuivre est lourd, ce qui réduit l'efficacité des véhicules électriques.

L'aluminium coûte trois fois moins cher et pèse trois fois moins lourd que le cuivre, mais sa conductivité n'atteint que 60%. La conductivité relativement faible de l'aluminium peut constituer une limitation dans certaines applications concrètes.

«La conductivité est essentielle, car un câble plus léger offrant une conductivité équivalente peut être utilisé pour concevoir des moteurs et d'autres composants électriques plus légers, ce qui permet à votre véhicule de parcourir de plus longues distances », a déclaré M. Kappagantula.

« Tout, depuis les composants électroniques d'une voiture jusqu'à la production d'énergie et son acheminement vers votre domicile via le réseau pour recharger la batterie de votre voiture,tout ce qui fonctionne à l'électricité peut devenir plus efficace. »

Augmenter la conductivité

Augmenter la conductivité de l'aluminium changerait la donne. « Pendant des années, nous avons pensé que les métaux ne pouvaient pas devenir plus conducteurs. Mais ce n'est pas le cas », a expliqué M. Kappagantula.« Si vous modifiez la structure du métal et ajoutez les bons additifs, vous pouvez en fait influencer ses propriétés. »

Pour commencer à déterminer dans quelle mesure la conductivité de l'aluminium pouvait être augmentée, Kappangantula et Aditya Nittala, boursière postdoctorale au PNNL, se sont associés au professeur David Drabold et à Kashi Subedi, étudiant diplômé de l'université de l'Ohio, afin d'identifier les effets de la température et des défauts structurels sur la conductivité de l'aluminium et d'élaborer une formule atomique permettant d'augmenter sa conductivité.

Ce type de simulation moléculairen'avait jamaisété réalisé auparavantpour les métaux, les chercheurs ont donc dû faire preuve de créativité. Ils se sont inspirés des semi-conducteurs, car des recherches antérieures avaient réussi à simuler la conductivité dans ces matériaux à base de silicium et de certains oxydes métalliques.

L'équipe a adapté ces concepts au travail de l'aluminium et a simulé ce qui se passerait avec la conductivité du métal si les atomes individuels de sa structure étaient éliminés ou réorganisés.Ces petits changements ont permis d'obtenir des gains importants en termes de conductivité totale.

Le rechercher dans d'autres métaux

La capacité du modèle à simuler les conditions réelles a même surpris l'équipe. « Nous ne pensions pas que ces résultats seraient aussi proches de la réalité », a déclaré M. Kappagantula. 

« Cette simulation de modèle basée sur la structure atomique et ses différents états est tellement précise que je me suis dit :« Waouh, c'est exactement ça. » C'est très excitant. »

 Maintenant qu'ils disposent d'une recette théorique pour modifier la conductivité du métal, les chercheurs prévoient de déterminer dans quelle mesure ils peuvent augmenter la conductivité de l'aluminium en laboratoire afin de faire correspondre la théorie aux résultats expérimentaux. Ils explorent égalementla possibilité d'augmenter la conductivité d'autres métaux à l'aide des mêmes simulations.

Les résultats de cette recherche ont été publiés dans Physical Review B, et l'équipe espère que cet aluminium plus conducteur aura des implications considérables : toute application utilisant de l'électricité ou du cuivre pourrait bénéficier du développement d'un aluminium ultraconducteur, léger et abordable.