Elektromotoren zijn overal: in je wasmachine, je koelkast en zelfs in elektrische auto’s. Maar er is een probleem: een flink deel van de energie die ze gebruiken, gaat verloren in het materiaal waaruit ze zijn gemaakt, namelijk elektrostaal. Dit energieverlies is goed voor zo’n 30 procent van het totale verlies in motoren, wat niet alleen zonde is, maar ook zorgt voor extra CO2-uitstoot.
Japanse wetenschappers hebben nu een manier bedacht om dit probleem aan te pakken, en dat kan grote gevolgen hebben voor de toekomst van elektrisch rijden. Zij publiceerden hun bevindingen in het vakblad Scientific Reports.
Wat is elektrostaal eigenlijk?
Elektrostaal, ook wel siliciumstaal genoemd, is een speciaal soort staal dat wordt gebruikt in de kern van elektromotoren. Het is gemaakt om elektrische energie om te zetten in beweging, dankzij kleine magnetische gebieden in het materiaal, de zogenaamde magnetische domeinen. Maar als die domeinen snel van richting moeten veranderen door de stromen in de motor, gaat het niet altijd soepel. Soms blijven ze steken, en dat kost energie die verloren gaat als warmte.
Waarom was dit zo moeilijk te snappen?
Het elektrostaal dat in de praktijk wordt gebruikt, heet niet-georiënteerd elektrostaal (NOES). Dit spul is niet overal hetzelfde: het heeft verschillende kristallen en grenzen daartussen, wat het ingewikkeld maakt. Oude methodes om te begrijpen waar de energie verloren ging, werkten alleen goed voor simpel, uniform materiaal. Maar NOES is een chaos van structuren, en dat maakte het een lastig raadsel.
De nieuwe methode
Onderzoekers van de Tokyo University of Science hebben een doorbraak bereikt die het probleem oplost. Ze gebruikten een speciale techniek om foto’s van het elektrostaal onder de microscoop te analyseren. Die techniek, persistent homology, helpt om de wirwar van magnetische domeinen in kaart te brengen. Vervolgens haalden ze met een statistische truc de belangrijkste informatie eruit: hoe sterk het magnetisme is en hoe de grenzen tussen de domeinen werken. Met die gegevens maakten ze een soort landkaart van de energie in het materiaal. Stel je een heuvelachtig gebied voor: op sommige plekken kunnen de magnetische domeinen makkelijk bewegen, maar op andere plekken zijn er obstakels waar ze vastlopen. De kaart laat precies zien waar dat gebeurt.
Wat ze ontdekten
De onderzoekers vonden twee krachten die een rol spelen als de magnetische domeinen van richting veranderen. Er zijn ‘helpers’ die het proces makkelijker maken, en ‘tegenwerkers’ die het juist moeilijker maken. Die twee vechten het vooral uit bij de grenzen tussen de kristallen in het staal. Waar de tegenwerkers winnen, blijven de domeinen steken, en dat is waar de energie verloren gaat. In sommige gebieden zonder helpers zorgden kleine, versnipperde domeinen voor extra verlies.
Waarom dit zo belangrijk is
Dankzij deze methode kunnen wetenschappers nu automatisch en precies zien waar en waarom energie verloren gaat. Dat is iets dat vroeger bijna onmogelijk was met alleen je ogen. Dit betekent dat we elektrostaal kunnen verbeteren door die probleemgebieden aan te pakken. Het resultaat? Efficiëntere motoren! Dat kan zorgen voor elektrische auto’s die verder rijden op één lading, of apparaten thuis die minder stroom slurpen. Dit gaat niet alleen om betere motoren, maar ook om een duurzamere wereld. Minder energieverlies betekent ook minder CO2-uitstoot en een efficiënter gebruik van energie.
