挪威科学家用了铝导体替代铜导体 可减轻电动汽车重量

电动汽车（EV）集成了多项技术创新，是一项有望改变现有及未来交通领域的工程成果。尽管其在诸多方面较传统内燃机（ICE）汽车更具优势，但其在续航里程和能源效率方面仍面临挑战。要改善这两个因素，就需要在电动汽车的不同方面进行创新，其中之一就是减轻重量。

据外媒报道，挪威工业与技术研究基金会（SINTEF，The Foundation for Industrial and Technical Research）和挪威科技大学（Norwegian University of Science and Technology，NTNU）的研究人员正在通过减轻电动汽车中使用的导体的重量，以应对上述挑战。

汽车（电动汽车或内燃机）的重量会直接影响其运行所需的能量，分别为电力消耗和燃油消耗。在电动汽车中，铜线等部件的重量在乘用车和公共汽车上介于83至368千克（或183至814磅）之间。尽管这一重量在汽车总重量中所占的比例较小，但研究人员认为，通过一系列逐步的小改进，可以影响电动汽车的整体性能。

混合金属

铜因成本低、易得、强度高、导电性好以及延展性强，成为使用最广泛的导体（材料），能够被弯曲成所需的形状。不过，其重量会对电动汽车的续航里程和效率有所影响，从而限制电动汽车的广泛普及。研究人员提出，可通过在电动汽车中以铝部件替代铜部件的方式来解决该问题。铝的导电性与铜类似，而且同样具有延展性。另外，铝比铜轻得多，其密度仅为铜的三分之一。

加入铝的挑战在于高温焊接法会让金属混合，从而影响其导电性，并形成导电性比原始金属更差的脆性金属化合物。研究人员探索将冷焊接作为替代方案，以打造高质量的混合导体。此种方法使用的温度远低于传统焊接方法，因此降低了形成导电性差的区域的可能性。

具有发展前景的成果

研究人员采用了由NTNU研发的专利技术——混合金属挤压与键合（Hybrid Metal Extrusion & Bonding，HYB）。该方法利用机械压力和摩擦作用，在铜和铝的界面处生成薄且生长缓慢的金属间化合物键。

此种方案更好，因为混合导体的电气和机械性能更不易发生变化。因此，研究人员制造出了一种含有不同部分的导体，每个部分根据其在电动汽车内的位置而发挥着不同的作用。

研究人员采用不同类型的电子显微镜来检查该界面，并确认其特性。初步结果显示，HYB技术在铜和铝之间形成的键合比其他焊接技术的更强。

尽管研究结果令人鼓舞，但研究人员仍需要应对几项挑战。纯铝的机械强度不如铜，意味着虽然打造的合金能够增强其强度，但是会对高温敏感，在焊接过程中导致强度下降。SINTE的Jørgen A. Sørhaug表示：“我们还从原子层面分析了强度下降的原因，并探讨了如何可以改进该合金，让其能够更好地耐热。”

该项研究在挪威的影响

该项研究成果对于挪威的电动汽车行业意义重大，该国是全球电动汽车普及率最高的国家之一。2024年，该国约有89%的新车销售为纯电动汽车。对于轻型车而言，此成果可以直接转化为更长的续航里程，而续航里程正是消费者购车时最为看重的因素之一。其还会影响到商用运输领域，有可能可提升电动公交车和卡车的续航里程和效率，从而提升此类车辆的可行性。

NTNU的Randi Holmestad表示：“通过微结构化和优化焊接几何形状，我们能够在界面处打造纳米结构，从而提升其强度和导电性，这一特性在电池系统等电气应用中尤为突出。”