Ya se trate de vehículos eléctricos, drones o naves espaciales, un desafío técnico común para el transporte del futuro es conseguir su aligeramiento. Reducir el peso de un vehículo reduce el consumo de energía y aumenta por tanto la autonomía. Los motores eléctricos, en particular, son un componente esencial de la mayoría de los vehículos de movilidad eléctrica y las bobinas de cobre representan una gran proporción del peso total del motor. Hasta ahora se han utilizado metales como el cobre como material principal para bobinas debido a su alta conductividad eléctrica, pero tienen varios inconvenientes como la dificultad para conseguir recursos, la volatilidad de los precios y los problemas de peso debido a su alta densidad.
El Dr. Dae-Yoon Kim y su equipo del Instituto de Investigación de Materiales Compuestos del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST) han logrado construir la bobina de un motor eléctrico usando solo nanotubos de carbono (CNT) sin ningún metal.
El equipo realizó experimentos aplicando la bobina de nanotubos de carbono a un motor y descubrió que las revoluciones por minuto (RPM) del motor podían controlarse de forma estable según el voltaje de entrada. Esto demuestra que el funcionamiento básico de un motor, que convierte la energía eléctrica en fuerza de rotación mecánica, puede lograrse sin metal. El motor funciona de manera eficaz y se ha utilizado para impulsar un automóvil de juguete a velocidades superiores a medio metro por segundo.
Los nanotubos de carbono (CNT) son nanomateriales unidimensionales con forma de tubo y átomos de carbono dispuestos en una estructura hexagonal de panal. Son mucho más ligeros que los metales comunes, a la vez que poseen una excelente conductividad eléctrica, resistencia mecánica y conductividad térmica. Estas propiedades han atraído la atención desde hace tiempo como material de nueva generación, pero los CNT se han enfrentado a diversas barreras para su aplicación en la industria.
Uno de los obstáculos técnicos son los residuos de metales catalizadores utilizados durante el proceso de fabricación. Estos permanecen como partículas metálicas en la superficie de los CNT, degradando sus propiedades eléctricas, las cuales están directamente relacionadas con el rendimiento del motor, lo que dificulta su uso en componentes de alto rendimiento.
El equipo ha desarrollado un nuevo proceso de purificación de CNT que utiliza el principio de alineación de los cristales líquidos, un "cuarto estado de la materia", conocido como el estado intermedio entre el líquido y el sólido. El proceso resuelve de forma natural la fuerte agregación durante la alineación de los CNT, eliminando eficazmente las partículas metálicas que permanecen en la superficie.
Lo más importante es que permite eliminar selectivamente las impurezas sin dañar la nanoestructura de los CNT, lo que lo distingue claramente de los métodos de purificación existentes en fase líquida y gaseosa. Los CNT purificados muestran una mejora significativa en la conductividad, que puede alcanzar un nivel aplicable a motores eléctricos reales.
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