لماذا تعتبر الأسلاك النحاسية المعلبة وأسلاك الألمنيوم وصفوف الألمنيوم اتجاه تطوير مواد تسخير أسلاك مركبات الطاقة الجديدة في المستقبل؟

ووفقاً للبيانات العامة، ارتفع الإنتاج والمبيعات السنوية لمركبات الطاقة الجديدة في بلدي من 75 ألف مركبة قبل عشر سنوات إلى 9.5 مليون مركبة، وهو ما يمثل أكثر من 60% من العالم، بمتوسط معدل نمو سنوي مركب يبلغ 71%. في الوقت الحاضر، تدخل صناعة مركبات الطاقة الجديدة المحلية فترة من التطور المتسارع، كما تنتشر الإنجازات في مجالات مركبات الطاقة الجديدة وبطاريات الطاقة بسرعة. إن تفضيل المستهلكين لمركبات الطاقة الجديدة لا ينبع فقط من الوعي البيئي والسعي وراء وسائل سفر منخفضة الكربون، بل أيضاً من السعي إلى أشكال أكثر كفاءة لتحويل الطاقة. بالمقارنة مع مركبات الوقود التقليدية، تتمتع مركبات الطاقة الجديدة بمزايا في مجال حماية البيئة والذكاء، ولكن الميزة الأكبر تكمن في كفاءة تحويل الطاقة.

تتراوح كفاءة تحويل الطاقة لمحرك الاحتراق الداخلي لمركبة الوقود عادة بين 20% و30%، ويتم فقدان الطاقة المتبقية على شكل حرارة مهدرة. يمكن أن تصل كفاءة تحويل الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة إلى 80%-90%. سواء كانت السيارة كهربائية خالصة أو هجينة، فإن كفاءة تحويل الطاقة أعلى بكثير من تلك الخاصة بمركبات الوقود. ومع حلول وحدات الطاقة الأكثر كفاءة في مركبات الطاقة الجديدة محل وحدات الطاقة غير الفعالة تدريجيًا، سيتم تحسين كفاءة استخدام الطاقة بشكل أكبر. إن ظهور مركبات الطاقة الجديدة لا يمثل فقط التحول الأخضر لطرق النقل، ولكنه يشير أيضًا إلى اتجاه الاستخدام الفعال للطاقة في المستقبل.

وفقًا لبحث أجراه علماء محليون وأجانب، تتأثر كفاءة تحويل الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة أيضًا بشكل كبير بعوامل مثل أداء البطارية وكفاءة المحرك، ووزن جسم السيارة، وفقدان تحويل الطاقة أثناء الشحن والتفريغ. هذه الخسائر تحد بشكل مباشر من زيادة تحسين كفاءة تحويل الطاقة.

انطلاقًا من اتجاهات التطور التكنولوجي الحالية، يعد تحسين المواد وطرق توصيل الخطوط الموصلة في مركبات الطاقة الجديدة أفضل طريقة لتحسين كفاءة تحويل الطاقة.

تستخدم أسلاك السيارات التقليدية النحاس دائمًا كمادة موصلة. ومع ذلك، فإن الأسلاك النحاسية لها أيضًا بعض العيوب: على سبيل المثال، فهي عرضة للصدأ الذي يتكون بسبب الأكسدة. إنه لا يجعل مظهر السلك أسوأ فحسب، بل الأهم من ذلك، أن موصليته الكهربائية أقل بكثير من موصلية النحاس النقي. ولذلك، ستزداد المقاومة في الدائرة بشكل كبير وستنخفض كفاءة نقل الحركة الحالية، مما قد يؤثر على أداء وسلامة مركبات الطاقة الجديدة.

من أجل حل مشكلة أكسدة الأسلاك النحاسية بسهولة، فإن الحل الشائع هو استخدام الأسلاك النحاسية المعلبة. يمكن لطبقة القصدير أن تمنع النحاس بشكل فعال من الاتصال بالأكسجين والماء في الهواء، وبالتالي إبطاء عملية أكسدة النحاس. وفي الوقت نفسه، يتمتع الأسلاك النحاسية المعلبة بالتوصيل الكهربائي الجيد والخصائص الميكانيكية. تحدد هذه الخصائص قيمة تطبيقه في مجال مركبات الطاقة الجديدة.

ومع ذلك، نظرًا لانخفاض نقطة الانصهار لطبقة القصدير، عند لحام الأسلاك النحاسية المعلبة باستخدام لحام الأسلاك بالموجات فوق الصوتية، قد تؤدي درجات الحرارة المحلية المرتفعة إلى ذوبان طبقة القصدير، مما يؤثر على تأثير اللحام. لذلك، أثناء عملية اللحام بالموجات فوق الصوتية للأسلاك النحاسية المعلبة، فإن كيفية التحكم بدقة في درجة حرارة اللحام ووقته هي صعوبة فنية يصعب التغلب عليها.

ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن إنتاج الأسلاك النحاسية المعلبة مكلف نسبيًا. وهذا يحد من تطبيقه على نطاق واسع في مجال مركبات الطاقة الجديدة إلى حد ما. يُستخدم حاليًا فقط في سيارات الطاقة الجديدة المتطورة. تحتاج الصين إلى استيراد كمية كبيرة من المواد النحاسية كل عام، وقد استمرت أسعار المواد النحاسية في الارتفاع في السنوات الأخيرة. أدت ندرة موارد النحاس وارتفاع الأسعار إلى ارتفاع تكلفة أسلاك السيارات.

هل يمكننا تحسين كفاءة تحويل الطاقة مع تقليل تكاليف الإنتاج؟ في الصناعة، تعتبر أسلاك الألمنيوم بديلا صالحا للأسلاك النحاسية. لقد حاولت كبرى الشركات المصنعة لمركبات الطاقة الجديدة بالفعل استخدام أسلاك الألمنيوم لتحل محل الأسلاك النحاسية لأن أسلاك الألمنيوم تتمتع بالمزايا التالية في مركبات الطاقة الجديدة:

1. التوصيل الكهربائي الجيد:

تبلغ مقاومة الألومنيوم 2.65×10-8 Ω·m، بينما تبلغ مقاومة النحاس 1.72×10-8Ω·m. على الرغم من أن الألومنيوم يتمتع بمقاومة أعلى من النحاس، إلا أنه يمكن تلبية متطلبات المقاومة لدائرة السيارة بأكملها عن طريق زيادة قطر سلك سلك الألومنيوم (حوالي 1.3 مرة).

2. خفيفة الوزن:

تبلغ كثافة الألومنيوم 2.7 جم/سم3، بينما تبلغ كثافة النحاس 8.96 جم/سم3. تبلغ كثافة الألومنيوم ثلث كثافة النحاس فقط، لذلك يمكن تحقيق تقليل الوزن ببساطة عن طريق زيادة مساحة المقطع العرضي لموصل الألومنيوم بنسبة 30% تقريبًا.

3. فعالية التكلفة:

بسبب الاختلال الشديد في الموارد المعدنية للنحاس والألومنيوم في بلدي وتكاليف التعدين، فإن سعر الأسلاك النحاسية أعلى بكثير من سعر أسلاك الألومنيوم. وباستخدام أسلاك الألمنيوم بدلاً من الأسلاك النحاسية، يمكننا تقليل تكلفة إنتاج مركبات الطاقة الجديدة وجعلها أكثر قدرة على المنافسة في السوق.

في مجال أسلاك أسلاك السيارات، تعد التكلفة والوزن أيضًا أحد الأسباب الرئيسية لتطوير أسلاك أسلاك السيارات خفيفة الوزن. إن استخدام موصلات الألومنيوم بدلاً من الموصلات النحاسية التقليدية له ميزة تقليل التكلفة والوزن. ومع ذلك، هناك أيضًا بعض الصعوبات التقنية في تطبيق موصلات الألومنيوم، مثل:

1. موثوقية الاتصال:

مشاكل مثل أكسدة المعادن والتآكل الكهروكيميائي التي قد تحدث أثناء العقص التقليدي لموصلات الألومنيوم والموصلات النحاسية سوف تسبب نقاط اتصال فضفاضة أو زيادة المقاومة، مما يؤثر على أداء الموصل بأكمله.

2. تأثير الزحف:

الزحف هو ظاهرة التشوه البطيء للمواد المعدنية تحت تأثير القوة الخارجية لفترة طويلة. نظرًا للاختلاف في معاملات التمدد الحراري بين النحاس والألمنيوم، فإن أسلاك الألمنيوم تكون أكثر عرضة للزحف. في ظل ظروف معينة، يمكن أن يصل معدل الزحف لأسلاك الألومنيوم إلى 25 مرة من الأسلاك النحاسية، مما له تأثير كبير على مقاومة التعب وعمر الخدمة لموصلات الألومنيوم.

3. زيادة حجم السلك:

الموصلية لأسلاك الألمنيوم ضعيفة. من أجل تلبية متطلبات التوصيل لأسلاك السيارات، يجب زيادة مساحة المقطع العرضي لأسلاك الألمنيوم، الأمر الذي سيزيد من حجم الأسلاك إلى حد ما ويجلب تحديات أكبر للاتصالات.