توسعه موتورها‌ی الکتریکی با قدرت بالا بدون استفاده از عناصر خاکی کمیاب توسط محققان با بهره‌گیری از مس

موتورهای الکتریکی نیروی بسیاری از فناوری‌ها از جمله کشتی‌ها، هواپیماها، توربین‌های بادی و وسایل نقلیه الکتریکی را تأمین می‌کنند.

اما این موتورها معمولاً از مواد خاکی کمیاب ساخته می‌شوند که چالش‌های زیست‌محیطی و اقتصادی فراوانی به همراه دارند.

عناصر خاکی کمیاب منابعی محدود هستند و فرآیندهای استخراج آن‌ها ممکن است آلودگی‌های زیست‌محیطی قابل توجهی ایجاد کند.

علاوه بر این، عرضه جهانی این مواد به طور عمده توسط چند کشور کنترل می‌شود، که باعث می‌شود استخراج آن‌ها هزینه‌بر و در معرض قطعی زنجیره تأمین باشد.

برای پاسخ به این مسائل، تیمی در دانشگاه تگزاس ای اند ام به رهبری دکتر حمید طلیات، استاد در دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، همراه با مهدی سیدی، دانشجوی دکتری در مهندسی برق، و دکتر درسا طالبی، پژوهشگر پسادکتری، موتور جدیدی که وابسته به مواد خاکی کمیاب نیست، توسعه می‌دهند.

موتورهای الکتریکی با قدرت بالا

آن‌ها به دنبال ایجاد موتوری الکتریکی مقرون به صرفه، جمع و جور، کارآمد و پایدار هستند که نیاز به مواد خاکی کمیاب را از بین ببرد و وابستگی به بازارهای خارجی را کاهش دهد.

دکتر طالبی می‌گوید، "فرآیندهای استخراج بسیاری از مواد خاکی کمیاب ناسالم و بسیار انرژی‌بر هستند. در حالی که پروژه‌های جهانی برای استخراج پایدارتر این مواد در حال پیشرفت هستند، اما تنظیمات کافی صورت نگرفته است. برای پاسخ به تقاضاهای صنایع رو به رشد، به یک جایگزین نیاز داریم. موتور ما این نیاز را برآورده می‌کند با عدم نیاز به عناصر خاکی کمیاب."

برای پروژه دو ساله‌ای با عنوان "پیشرفت در پیشرانه‌های وسایل نقلیه الکتریکی: توسعه موتورهای الکتریکی فاقد عناصر خاکی کمیاب با قدرت بالا"، تیم به دنبال جایگزینی اجزای خاکی کمیاب مانند آهنرباهای نئودیمیم با مواد زیست‌محیطی به وفور موجود مانند مس است.

"استفاده از کویل‌های مسی به جای مواد خاکی کمیاب در قسمت چرخشی موتور بسیار قابل دسترس‌تر است،" طالبی گفت.

"انتظار می‌رود که ارزان‌تر نیز باشد زیرا هزینه مواد خاکی کمیاب و آهنرباهای دائمی مورد نیاز برای پیشبرد وسیله نقلیه را پرهیز می‌کند. با حذف خاکی کمیاب از زنجیره تأمین، وابستگی خود را به کشورهای خارجی کاهش می‌دهیم و مس پایدارتری به حساب می‌آید زیرا به راحتی در دسترس است."

تیم مدل‌سازی‌هایی برای تأیید مفهوم خود انجام داد و نمونه اولیه‌ای برای نشان دادن قابلیت‌های موتور طراحی کرد.

آن‌ها در حال کار برای اطمینان از این هستند که عملکرد موتورشان با موتورهای خاکی کمیاب کنونی در وسایل نقلیه الکتریکی و هیبریدی مطابقت دارد و با سایر گزینه‌های بدون خاکی کمیاب رقابت می‌‍کند.

استفاده از مس

دکتر طلیات توضیح داد، "از نظر نسبت قدرت به وزن، فناوری ما با موتورهایی که از مواد خاکی کمیاب استفاده می‌کنند، قابل مقایسه است."

سیدی افزود، "بسیاری از تولیدکنندگان خودرو در حال دور شدن از مواد خاکی کمیاب و توسعه موتورهای بدون عناصر خاکی کمیاب هستند. اما گزینه‌های آن‌ها محدود است و چالش‌های قابل توجهی دارند. امیدواریم رویکرد ما بیشتر این مسائل را حل کند و راه‌حل مقرون به صرفه و کارآمدی ارائه دهد."

تیم نزدیک به ۵۰۰,۰۰۰ دلار از یک جایزه نوع ۲ به عنوان بخشی از برنامه جوایز نوآوری پیشرفت کشف برای بازار (ADM) دانشگاه تگزاس ای اند ام دریافت کرد، که پروژه‌هایی که به سمت آمادگی بازار پیش می‌روند را متمرکز می‌کند.

در نهایت، تیم قصد دارد موتور خود را تجاری کرده و شرکت خود را تأسیس کند که دارای پتنت‌های صادرشده آمریکا و برنامه‌های پتنت در حال انتظار برای نوآوری خود باشد.

"این نوآوری می‌تواند تأثیر قابل‌ملاحظه‌ای بر صنعت خودرو داشته باشد،" دکتر طالبی اظهار کرد، "و همچنین می‌تواند به توربین‌های بادی، راه‌حل‌های انرژی تجدیدپذیر و سیستم‌های حمل و نقل گسترش یابد."

دکتر آلن پالازولو، استاد در دانشکده مهندسی مکانیک J. Mike Walker '66، هم‌محقق اصلی پروژه است.

ایستگاه تحقیقات مهندسی دانشگاه تگزاس ای اند ام (TEES)، آژانس تحقیقات رسمی برای مهندسی دانشگاه تگزاس، بودجه این تحقیق را مدیریت می‌کند.