Des chercheurs espagnols ont développé un nouveau matériau qui a fortement amélioré la conductivité des nanotubes de carbone, ouvrant potentiellement la voie au remplacement du fil de cuivre dans les véhicules électriques, les drones et les avions. Publiée dans Science, la recherche provient de l'Institut de Nanoscience et des Matériaux d'Aragon et de l'Institut des Matériaux IMDEA. Elle se concentre sur un processus de dopage chimique qui a multiplié par 17 la conductivité des nanotubes tout en laissant les fibres structurellement intactes.

À température ambiante, les fibres dopées atteignent environ 40 % du rendement électrique du cuivre, et sur une base ajustée au poids, leur conductivité spécifique dépasse celle de l'aluminium. Les fibres pèsent environ un sixième du poids du cuivre tout en offrant environ cinq fois la résistance à la traction. Les itérations précédentes de ces fibres étaient reconnues pour être solides et légères, mais étaient insuffisantes en capacité de transport de courant, faisant du gain de conductivité le développement clé.

L'amélioration est venue du traitement des fibres avec AlCl4-, un composé de tétrachloroaluminate qui agit comme un dopant. Introduire des porteurs de charge sans perturber le réseau atomique était depuis longtemps une difficulté majeure, et les chercheurs affirment que cette méthode y remédie. La préservation de l'intégrité structurelle comptait autant que le gain de conductivité, car un conducteur qui se dégrade en service n'a aucune valeur pratique.

Les véhicules électriques modernes transportent une charge de cuivre importante, en particulier dans les faisceaux de câbles épais qui gèrent la haute tension, et cette masse s'accumule. Remplacer une partie de ce cuivre par un matériau plus léger réduit la masse du véhicule et augmente l'autonomie, et une résistivité plus faible aux températures de fonctionnement réduit 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 développeurs d'avions, réduire le poids à tout moment génère des rendements démesurés.

Le matériau résiste également de manière fiable dans des conditions sèches et montre une tolérance acceptable à l'humidité, des propriétés importantes pour les normes de certification des transports. En ce qui concerne la conductivité spécifique, le critère que les fabricants privilégient le plus, les fibres traitées sont entrées dans un territoire qui mérite une attention sérieuse de la part des ingénieurs. Aux valeurs maximales, elles dépassent également la conductivité de l'aluminium en valeur absolue.

Le défi restant est 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 sortir des laboratoires et entrer dans les systèmes électriques de la prochaine génération de véhicules électriques et d'avions. Des infrastructures de recyclage pour ces matériaux devront également être développées.

De nombreuses entreprises dans le secteur automobile, comme Ferrari N.V. (NYSE : RACE), attendront de voir si ce nouveau matériau devient commercialement disponible à grande échelle et à des prix qui rendent le passage du cuivre économiquement viable.

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