Ένας νέος τύπος ηλεκτροκινητήρα που βασίζεται σε υγρούς κρυστάλλους και δεν χρησιμοποιεί χαλκό ούτε σπάνιες γαίες θα μπορούσε μελλοντικά να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο κατασκευάζονται τα συστήματα κίνησης των ηλεκτρικών αυτοκινήτων.

Ένας ηλεκτρικός κινητήρας αποτελείται από δύο βασικά μέρη: τον στάτορα, που είναι το ακίνητο μέρος του κινητήρα, και τον ρότορα, που είναι το κινούμενο μέρος και περιστρέφεται μέσα στον στάτορα.

Η λειτουργία του κινητήρα βασίζεται στην ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Όταν το ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται μέσα από τα χάλκινα πηνία του στάτορα και σε ορισμένες περιπτώσεις και του ρότορα, δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο προκαλεί την περιστροφή του ρότορα, παράγοντας έτσι μηχανική κίνηση.

Αυτή η αρχή χρησιμοποιείται εδώ και περισσότερο από έναν αιώνα στην κατασκευή και λειτουργία ηλεκτρομοτέρ παντός τύπου. Ωστόσο οι μαγνήτες απαιτούν μέταλλα σπάνιων γαιών, όπως για παράδειγμα το νεοδύμιο, τα οποία κοστίζουν ακριβά και η εξόρυξή τους γίνεται σε ελάχιστες χώρες, ενώ και ο χαλκός γίνεται ολοένα και πιο δυσεύρετος στην αγορά.

Τώρα επιστήμονες από το Tokyo Institute of Science δημιούργησαν ένα μικροσκοπικό πρωτότυπο κινητήρα χωρίς να χρησιμοποιήσουν κανένα από τα παραπάνω υλικά. Αντί για μέταλλο και μαγνήτες, χρησιμοποίησαν υγρούς κρυστάλλους και έναν ρότορα που κατασκευάστηκε με τρισδιάστατη εκτύπωση (3D printing) από συνθετική ρητίνη.

Στην πραγματικότητα, οι ηλεκτροστατικοί κινητήρες (electrostatic motors), οι οποίοι αξιοποιούν ηλεκτρικό πεδίο για τη λειτουργία τους αντί για μαγνητικό, δεν είναι μια νέα ιδέα. Ήδη από τη δεκαετία του 1840, ο Σκωτσέζος φυσικός Andrew Gordon, και αργότερα ο Benjamin Franklin, πειραματίστηκαν με αυτή την τεχνολογία.

Η σημαντική πρόοδος στον τομέα ήρθε το 2017, όταν δύο ανεξάρτητες ομάδες ερευνητών ανακάλυψαν έναν νέο τύπο υλικού -τους λεγόμενους πολικούς νηματικούς υγρούς κρυστάλλους (polar nematic liquid crystals). Πρόκειται για υγρές ουσίες που ανταποκρίνονται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο πολύ ισχυρότερα από τα συνηθισμένα διηλεκτρικά υλικά.

Η ομάδα του καθηγητή Suzushi Nishimura στο Tokyo Institute of Science τοποθέτησε τέτοιους υγρούς κρυστάλλους ανάμεσα σε δύο ηλεκτρόδια που απείχαν 2,5 χιλιοστά μεταξύ τους και εφάρμοσε συνεχή τάση (DC) μόλις 80 volt. Η δύναμη που μετρήθηκε ήταν περίπου χίλιες φορές μεγαλύτερη από εκείνη των συνηθισμένων διηλεκτρικών υλικών.

«Αυτή η δύναμη είχε προβλεφθεί σε θεωρητικό επίπεδο περισσότερα από εκατό χρόνια πριν, αλλά κανείς δεν την είχε δει ποτέ με γυμνό μάτι. Το να είμαστε οι πρώτοι που την παρατηρούμε είναι ένα πραγματικά συναρπαστικό κατόρθωμα», δήλωσε ο καθηγητής Nishimura, επικεφαλής της έρευνας.

Η ομάδα του Nishimura κατασκεύασε έναν κινητήρα με στάτορα που αποτελείται από τρία ζεύγη ηλεκτροδίων και έναν ρότορα κατασκευασμένο εξ ολοκλήρου από συνθετική ρητίνη. Η διαδοχική εφαρμογή τάσης στα ζεύγη ηλεκτροδίων -αρχή παρόμοια με αυτή ενός τριφασικού κινητήρα, αλλά χωρίς μαγνητικό πεδίο- δημιουργεί μια συνεχή περιστροφική κίνηση.

Προς το παρόν, ο εν λόγω κινητήρας δεν μπορεί να ενσωματωθεί σε οχήματα, καθώς η τεχνολογία του βρίσκεται σε πρώιμο στάδιο εξέλιξης, ωστόσο το πλεονέκτημα της μη χρήσης σπάνιων γαιών και χαλκού θα μπορούσε μελλοντικά να προσελκύσει μεγάλο επενδυτικό ενδιαφέρον, επιταχύνοντας και τη διαδικασία εξέλιξής του.

Διαβάστε επίσης