Экономия энергии, выбросов и запаса хода аккумуляторов электромобилей

Автор: Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория, 25 апреля 2023 г.

Микроструктура алюминиевой трапеции имеет высокую степень измельчения и однородный размер зерен, что является ключом к получению прочного и надежного продукта. Фото предоставлено Николь Оверман; усовершенствование Кортланда Джонсона | Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория

Новый производственный процесс позволяет создавать высокопрочные алюминиевые автомобильные компоненты, которые являются экономически эффективными и более экологичными.

Автомобильная промышленность, особенно электромобилей, внедряет инновационный процесс сбора и переработки алюминиевого лома в новые детали автомобилей. Тихоокеанская Северо-Западная национальная лаборатория Министерства энергетики США в партнерстве с ведущей компанией в области мобильных технологий Magna только что представила новый метод производства, который снижает количество используемой энергии более чем на 50% и сокращает выбросы углекислого газа более чем на 90% за счет устранения необходимости извлекать и перерабатывать такое же количество сырой алюминиевой руды. Кроме того, использование легкого алюминия также может увеличить запас хода электромобилей.

Этот запатентованный и отмеченный наградами процесс обработки и экструзии с использованием сдвига (ShAPE™) собирает обрезки и остатки алюминиевой обрезки автомобильного производства и превращает их непосредственно в подходящий материал для новых деталей автомобиля. Сейчас его масштабируют для производства легких алюминиевых деталей для электромобилей.

Самое последнее достижение, подробно описанное в новом отчете и в исследовательской статье Manufacturing Letters, устраняет необходимость добавлять в материал недавно добытый алюминий перед его использованием для изготовления новых деталей. Снижая стоимость переработки алюминия, производители смогут снизить общую стоимость алюминиевых компонентов, что позволит им лучше заменить сталь.

Алюминиевый лом автопроизводителей превращается в новые автомобильные детали с помощью запатентованного PNNL производственного процесса ShAPE. Тепло и трение размягчают алюминий и превращают его из шероховатого металла в гладкий, прочный однородный продукт без стадии плавления. Фото: Анимация Сары Левин | Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория

«Мы показали, что алюминиевые детали, изготовленные с помощью процесса ShAPE, соответствуют стандартам автомобильной промышленности по прочности и поглощению энергии», — сказал Скотт Уэйлен, ученый-материаловед и ведущий исследователь PNNL. «Главное заключается в том, что процесс ШАПЭ расщепляет металлические примеси в ломе, не требуя энергоемкой стадии термообработки. Уже одно это экономит значительное время и повышает эффективность».

Новый отчет и исследовательские публикации знаменуют собой кульминацию четырехлетнего партнерства с Magna, крупнейшим производителем автозапчастей в Северной Америке. Компания Magna получила финансирование на совместное исследование от Управления транспортных технологий Министерства энергетики США по программе Консорциума легких материалов (LightMAT).

«Устойчивое развитие находится в центре всего, что мы делаем в Magna», — сказал Массимо ДиЧиано, менеджер по материаловедению в Magna. «От наших производственных процессов до материалов, которые мы используем, и процесс ShAPE является отличным доказательством того, что мы стремимся развиваться и создавать новые устойчивые решения для наших клиентов».

Помимо стали, алюминий является наиболее часто используемым материалом в автомобильной промышленности. Полезные свойства алюминия делают его привлекательным автомобильным компонентом. Более легкий и прочный алюминий является ключевым материалом в стратегии создания легких транспортных средств для повышения эффективности, будь то увеличение запаса хода электромобиля или уменьшение емкости аккумулятора. Хотя автомобильная промышленность в настоящее время перерабатывает большую часть своего алюминия, она регулярно добавляет к нему вновь добытый первичный алюминий перед его повторным использованием, чтобы разбавить примеси.

Производители металлов также полагаются на вековой процесс предварительного нагрева кирпичей или «заготовок», как их называют в промышленности, до температуры более 1000°F (550°C) в течение многих часов. На этапе предварительного нагрева скопления примесей, таких как кремний, магний или железо, растворяются в необработанном металле и равномерно распределяются в заготовке посредством процесса, известного как гомогенизация.