Tại sao dây đồng đóng hộp, dây nhôm và hàng nhôm lại là xu hướng phát triển của vật liệu khai thác dây điện cho xe năng lượng mới trong tương lai?

Theo dữ liệu công khai, sản lượng và doanh số bán xe sử dụng năng lượng mới hàng năm của nước tôi đã tăng từ 75.000 xe cách đây 10 năm lên 9,5 triệu xe, chiếm hơn 60% thế giới, với tốc độ tăng trưởng gộp trung bình hàng năm là 71%. Hiện nay, ngành công nghiệp xe sử dụng năng lượng mới trong nước đang bước vào thời kỳ phát triển nhanh chóng và những thành tựu trong lĩnh vực phương tiện sử dụng năng lượng mới và pin điện cũng đang nhanh chóng lan rộng. Sự ưa chuộng của người tiêu dùng đối với các phương tiện sử dụng năng lượng mới không chỉ xuất phát từ nhận thức về môi trường và việc theo đuổi các phương pháp di chuyển ít carbon mà còn từ việc theo đuổi các hình thức chuyển đổi năng lượng hiệu quả hơn. So với xe sử dụng nhiên liệu truyền thống, xe sử dụng năng lượng mới có ưu điểm về bảo vệ môi trường và trí tuệ, nhưng ưu điểm lớn nhất nằm ở hiệu suất chuyển đổi năng lượng.

Hiệu suất chuyển đổi năng lượng của động cơ đốt trong của xe chạy nhiên liệu thường nằm trong khoảng từ 20% đến 30%, phần năng lượng còn lại bị thất thoát dưới dạng nhiệt thải. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng của phương tiện sử dụng năng lượng mới có thể đạt 80% -90%. Dù là xe chạy điện thuần túy hay plug-in hybrid, hiệu suất chuyển đổi năng lượng đều cao hơn nhiều so với xe sử dụng nhiên liệu. Khi các bộ nguồn hiệu quả hơn trong các phương tiện sử dụng năng lượng mới dần dần thay thế các bộ nguồn kém hiệu quả, hiệu quả sử dụng năng lượng sẽ được cải thiện hơn nữa. Sự gia tăng của các phương tiện sử dụng năng lượng mới không chỉ thể hiện sự chuyển đổi xanh của các phương thức vận tải mà còn chỉ ra hướng sử dụng năng lượng hiệu quả trong tương lai.

Theo nghiên cứu của các học giả trong và ngoài nước, hiệu suất chuyển đổi năng lượng của xe sử dụng năng lượng mới cũng bị ảnh hưởng đáng kể bởi các yếu tố như hiệu suất pin và hiệu suất động cơ, trọng lượng thân xe và tổn thất chuyển đổi năng lượng trong quá trình sạc và xả. Những tổn thất này trực tiếp hạn chế việc cải thiện hơn nữa hiệu suất chuyển đổi năng lượng.

Xét theo xu hướng phát triển công nghệ hiện nay, tối ưu hóa vật liệu và phương pháp kết nối dây dẫn điện trong phương tiện sử dụng năng lượng mới là cách tốt nhất để nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng.

Dây ô tô truyền thống luôn sử dụng đồng làm vật liệu dẫn điện. Tuy nhiên, dây đồng cũng có một số nhược điểm: ví dụ, chúng dễ bị hình thành lớp gỉ do quá trình oxy hóa. Nó không chỉ làm cho hình thức của dây trở nên xấu hơn mà quan trọng hơn là độ dẫn điện của nó kém hơn nhiều so với đồng nguyên chất. Do đó, điện trở trong mạch sẽ tăng lên đáng kể và hiệu suất truyền dòng điện sẽ giảm, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và độ an toàn của các phương tiện sử dụng năng lượng mới.

Để giải quyết tình trạng dây đồng dễ bị oxy hóa, giải pháp thông thường là sử dụng dây đồng đóng hộp. Lớp thiếc có thể ngăn chặn hiệu quả đồng tiếp xúc với oxy và nước trong không khí, từ đó làm chậm quá trình oxy hóa của đồng. Đồng thời, dây đồng đóng hộp có tính dẫn điện và tính chất cơ học tốt. Những đặc điểm này xác định giá trị ứng dụng của nó trong lĩnh vực phương tiện sử dụng năng lượng mới.

Tuy nhiên, do điểm nóng chảy của lớp thiếc thấp nên khi hàn dây đồng thiếc bằng hàn dây siêu âm, nhiệt độ cao cục bộ có thể khiến lớp thiếc tan chảy, ảnh hưởng đến hiệu quả hàn. Vì vậy, trong quá trình hàn siêu âm dây đồng thiếc, làm thế nào để kiểm soát chính xác nhiệt độ và thời gian hàn là một khó khăn kỹ thuật rất khó khắc phục.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng dây đồng đóng hộp có giá thành sản xuất tương đối cao. Điều này hạn chế ứng dụng rộng rãi của nó trong lĩnh vực phương tiện sử dụng năng lượng mới ở một mức độ nhất định. Hiện nay chỉ được sử dụng trong các loại xe sử dụng năng lượng mới cao cấp. Trung Quốc cần nhập khẩu một lượng lớn nguyên liệu đồng mỗi năm và giá nguyên liệu đồng không ngừng tăng trong những năm gần đây. Sự khan hiếm nguồn tài nguyên đồng và giá cả tăng cao đã khiến giá thành dây điện ô tô tăng cao.

Chúng ta có thể cải thiện hiệu suất chuyển đổi năng lượng trong khi giảm chi phí sản xuất không? Trong công nghiệp, dây nhôm được coi là sự thay thế khả thi cho dây đồng. Các nhà sản xuất xe sử dụng năng lượng mới lớn đã cố gắng sử dụng dây nhôm để thay thế dây đồng vì dây nhôm có những ưu điểm sau trên xe sử dụng năng lượng mới:

1. Độ dẫn điện tốt:

Điện trở suất của nhôm là 2,65×10-8 Ω·m, còn điện trở suất của đồng là 1,72×10-8Ω·m. Mặc dù nhôm có điện trở suất cao hơn đồng nhưng yêu cầu về điện trở của toàn bộ mạch điện trên xe có thể được đáp ứng bằng cách tăng đường kính dây của dây nhôm (khoảng 1,3 lần).

2. Nhẹ:

Mật độ của nhôm là 2,7g/cm³, trong khi mật độ của đồng là 8,96g/cm³. Mật độ của nhôm chỉ bằng 1/3 so với đồng, do đó có thể giảm trọng lượng bằng cách tăng diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn nhôm lên khoảng 30%.

3. Hiệu quả chi phí:

Do sự mất cân bằng trầm trọng về tài nguyên khoáng sản đồng và nhôm ở nước tôi cũng như chi phí khai thác chúng nên giá dây đồng cao hơn nhiều so với dây nhôm. Bằng cách sử dụng dây nhôm thay vì dây đồng, chúng ta có thể giảm chi phí sản xuất phương tiện sử dụng năng lượng mới và khiến chúng cạnh tranh hơn trên thị trường.

Trong lĩnh vực dây điện ô tô, chi phí và trọng lượng cũng là một trong những lý do chính cho sự phát triển của dây điện ô tô nhẹ. Sử dụng dây dẫn bằng nhôm thay cho dây dẫn bằng đồng truyền thống có ưu điểm là giảm chi phí và trọng lượng. Tuy nhiên, cũng có một số khó khăn về mặt kỹ thuật trong việc ứng dụng dây dẫn nhôm như:

1. Độ tin cậy của kết nối:

Các vấn đề như oxy hóa kim loại và ăn mòn điện hóa có thể xảy ra trong quá trình uốn dây dẫn nhôm và dây dẫn đồng truyền thống sẽ khiến các điểm kết nối bị lỏng hoặc tăng điện trở, ảnh hưởng đến hiệu suất của toàn bộ dây dẫn.

2. Hiệu ứng leo:

Creep là hiện tượng vật liệu kim loại bị biến dạng chậm dưới tác dụng của ngoại lực trong thời gian dài. Do sự khác biệt về hệ số giãn nở nhiệt giữa đồng và nhôm nên dây nhôm dễ bị dão hơn. Trong một số điều kiện nhất định, tốc độ rão của dây nhôm có thể cao gấp 25 lần so với dây đồng, điều này có tác động đáng kể đến khả năng chống mỏi và tuổi thọ của dây dẫn nhôm.

3. Tăng âm lượng dây:

Độ dẫn điện của dây nhôm yếu. Để đáp ứng yêu cầu dẫn điện của dây ô tô, diện tích mặt cắt ngang của dây nhôm cần phải tăng lên, điều này sẽ làm tăng thể tích của dây đến một mức nhất định và mang lại những thách thức lớn hơn cho việc kết nối.