Avance en la investigación de motores eléctricos: ¿Pronto los motores eléctricos estarán libres de cobre?

Las bobinas de cobre son un componente clave en los motores eléctricos, hasta ahora. Un avance de Corea del Sur podría cambiar radicalmente la forma en que se construyen los motores eléctricos y, con ello, el futuro de la electromovilidad. Investigadores dirigidos por el Dr. Dae-Yoon Kim, del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST), han logrado desarrollar una bobina para motores eléctricos completamente sin metal. En su lugar, utilizan un material especial de alta tecnología: nanotubos de carbono (NTC).

En el corazón de un motor eléctrico se encuentran los llamados estatores y rotores. Las bobinas de cobre suelen formar parte del estator, la parte estacionaria del motor. Cuando la corriente fluye a través de las bobinas, se crea un campo magnético. Este campo interactúa con el rotor (la parte giratoria del motor), creando un movimiento giratorio, justo lo que se necesita para impulsar ruedas o poner en movimiento máquinas. El cobre es el material preferido por su altísima conductividad eléctrica. Esto minimiza las pérdidas de calor y permite que el motor funcione eficientemente. El cobre también es fácil de moldear, bobinar y procesar, ideal para bobinas. La nueva bobina de CNT ofrece varias ventajas: es significativamente más ligera que el metal, conduce muy bien la electricidad, es mecánicamente extremadamente estable y disipa el calor eficientemente.

Esto los convierte en el candidato perfecto para su uso en motores eléctricos modernos. Los nanotubos de carbono se han considerado durante mucho tiempo un material prometedor para esta aplicación. Sin embargo, hasta ahora han existido problemas debido a que su producción suele dejar pequeñas partículas metálicas en la superficie, lo que afecta la conductividad y, por consiguiente, el rendimiento. Investigadores del KIST han desarrollado un nuevo proceso de purificación que soluciona este problema.

Aprovechan las propiedades especiales de los cristales líquidos, un tipo de "estado intermedio" entre el líquido y el sólido. Esta tecnología permite alinear perfectamente los nanotubos de carbono (CNT) a la vez que elimina los residuos metálicos que interfieren, sin dañar la delicada estructura de los nanotubos. El resultado: CNT con una conductividad eléctrica significativamente mejorada, que por primera vez pueden utilizarse de forma fiable en motores eléctricos.

En los coches eléctricos, el peso marca una diferencia crucial: cuanto más ligero sea el vehículo, más eficiente será el consumo de energía y mayor la autonomía. Un componente significativo del peso del motor son las pesadas bobinas de cobre. El cobre también es caro y su producción no es precisamente respetuosa con el medio ambiente. Investigadores coreanos probaron su nuevo desarrollo en un coche modelo y lo compararon con un motor eléctrico convencional con bobinas de cobre. Los resultados son prometedores.

En la prueba práctica, el motor de cobre alcanzó una velocidad de 18.120 rpm y una velocidad de desplazamiento de 1,35 m/s (4,86 km/h), mientras que el motor de CNT alcanzó 3.420 rpm y 0,52 m/s (1,87 km/h). Sin embargo, la relación con la masa es crucial: la bobina de CNT pesaba tan solo 78 mg, en comparación con los 379 mg del cobre. Si bien la conductividad eléctrica de los CNT es actualmente aproximadamente 7,4 veces menor que la del cobre, la eficiencia ya se ha incrementado significativamente gracias a una purificación específica del material y una mejor alineación. Los CNT también destacan por su alta conformabilidad y un proceso de fabricación más sostenible.