Forscher entwickeln revolutionären Elektromotor komplett ohne Metall

Ein Elektromotor ohne Kupfer oder Aluminium? Das Korea In­sti­tute of Science and Technology macht es möglich - mit Koh­len­stoff-Na­no­röhren. Der Prototyp ist 80 Prozent leichter als herkömmliche Motoren, doch bei der Leistung gibt es einen Haken. Wissenschaftlern des Korea Institute of Science and Technology (KIST) ist ein bedeutender Durchbruch in der Motorentwicklung gelungen: Sie haben einen funktionsfähigen Elektromotor entwickelt, der vollständig ohne metallische Leiter auskommt. Stattdessen nutzen die Forscher Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs), die in speziellen Kabeln verarbeitet werden. Die Innovation könnte besonders für Anwendungen wichtig werden, bei denen jedes Gramm zählt - etwa in der Luft- und Raumfahrt, bei Drohnen oder in der Elektromobilität.

Das Herzstück der Entwicklung sind sogenannte Core-Sheath-Composite-Electric-Cables (CSCEC), die aus hochreinen Kohlenstoff-Nanoröhren bestehen. Diese Kabel können Kupfer und Aluminium als Leiter ersetzen und bringen dabei entscheidende Vorteile mit sich: Sie sind nicht nur deutlich leichter, sondern auch flexibler und korrosionsbeständiger als herkömmliche Metallleiter.

Revolutionäres Reinigungsverfahren

Der Schlüssel zum Erfolg liegt in einem innovativen Herstellungsverfahren namens LAST (Lyotropic Liquid Crystal-Assisted Surface Texturing). Wie Phys.org unter Berufung auf eine in Springer Nature veröffentlichte Studie berichtet, nutzen die Forscher dabei lyotrope Flüssigkristalle - eine besondere Materieform, die gleichzeitig die Eigenschaften von Flüssigkeiten und Kristallen aufweist. Diese Substanzen helfen dabei, die einzelnen Kohlenstoff-Nanoröhren präzise auszurichten und voneinander zu trennen.


Ein anschließender chemischer Spülvorgang entfernt metallische Katalysatorverunreinigungen, die bei der CNT-Produktion entstehen. Dabei bleibt die wichtige eindimensionale Nanostruktur der Kohlenstoff-Nanoröhren vollständig erhalten. Das LAST-Verfahren verbessert die elektrische Leitfähigkeit der CNT-Kabel um mehr als 130 Prozent gegenüber unbehandelten Nanoröhren und sorgt für eine stabile Leistung über längere Zeiträume.

Gewicht schlägt Leistung

Trotz der technologischen Fortschritte erreichen die CNT-Kabel bislang nicht die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer. Während Kupfer eine Leitfähigkeit von 59 Megasiemens pro Meter aufweist, kommen die Kohlenstoff-Nanoröhren-Kabel auf nur 7,7 MS/m. Diese geringere Leitfähigkeit wirkt sich direkt auf die Motorleistung aus: Der CNT-basierte Prototyp erreichte maximal 3420 Umdrehungen pro Minute, während ein vergleichbarer kupferbasierter Motor 18.120 RPM schaffte.

Der entscheidende Vorteil liegt jedoch im Gewicht: Der Leiterkern des CNT-Motors wiegt nur ein Fünftel des Kupferpendants. Für viele Anwendungen ist die spezifische Leistung - also das Verhältnis von Leistung zu Gewicht - wichtiger als die absolute Leistung. Hier liegt der CNT-Motor nur etwa sechs Prozent hinter dem Kupfermotor zurück, obwohl er 80 Prozent leichter ist.

Die KIST-Forscher sehen in ihrer Entwicklung einen wichtigen Schritt hin zu praktisch nutzbaren CNT-Anwendungen. Besonders in der Luft- und Raumfahrt, wo Gewichtseinsparungen von enormer Bedeutung sind, könnten die metallfreien Motoren künftig eine wichtige Rolle spielen. Auch für Elektrofahrzeuge und Drohnen, bei denen eine Gewichtsreduktion direkt die Reichweite erhöht, bietet die Technologie einiges an Potenzial.

Was haltet ihr von dieser Entwicklung? Seht ihr Potenzial für CNT-Motoren in der Praxis oder überwiegen noch die Nachteile? Teilt eure Meinung gerne in den Kommentaren mit uns!


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