Avancerede materialer er afgørende for at øge brændstoføkonomien i moderne biler, samtidig med at sikkerheden og ydeevnen opretholdes. Fordi det kræver mindre energi at accelerere en lettere genstand end en tungere, tilbyder lette materialer et stort potentiale for at øge køretøjets effektivitet. En 10 % reduktion i køretøjets vægt kan resultere i en brændstoføkonomi på 6 % - 8 %. Udskiftning af støbejern og traditionelle stålkomponenter med letvægtsmaterialer såsom højstyrkestål, magnesium (Mg) legeringer, aluminium (Al) legeringer, kulfiber og polymerkompositter kan direkte reducere vægten af et køretøjs karosseri og chassis med op til 50 procent og dermed reducere et køretøjs brændstofforbrug. Brug af letvægtskomponenter og højeffektive motorer aktiveret af avancerede materialer i en fjerdedel af den amerikanske flåde kan spare mere end 5 milliarder gallons brændstof årligt i 2030.
Ved at bruge lette konstruktionsmaterialer kan biler bære yderligere avancerede emissionskontrolsystemer, sikkerhedsanordninger og integrerede elektroniske systemer uden at øge køretøjets samlede vægt. Selvom ethvert køretøj kan bruge letvægtsmaterialer, er de især vigtige for hybridelektriske, plug-in hybrid elektriske og elektriske køretøjer. Brug af letvægtsmaterialer i disse køretøjer kan udligne vægten af strømsystemer som batterier og elektriske motorer, forbedre effektiviteten og øge deres helt elektriske rækkevidde. Alternativt kan brugen af letvægtsmaterialer resultere i behov for et mindre og billigere batteri, samtidig med at hele det elektriske udvalg af plug-in-køretøjer holdes konstant.
Forskning og udvikling i letvægtsmaterialer er afgørende for at sænke deres omkostninger, øge deres evne til at blive genbrugt, muliggøre deres integration i køretøjer og maksimere deres brændstoføkonomiske fordele.
Vehicle Technologies Office (VTO) arbejder på at forbedre disse materialer på fire måder:
Øge forståelsen af selve materialerne gennem modellering og beregningsmæssig materialevidenskab
Forbedring af deres egenskaber (såsom styrke, stivhed og duktilitet)
Forbedring af deres fremstilling (materialeomkostninger, produktionshastighed eller udbytte)
Udvikling af legeringer af avancerede materialer
På kort sigt kan udskiftning af tunge stålkomponenter med materialer som højstyrkestål, aluminium eller glasfiberforstærkede polymerkompositter reducere komponentvægten med 10-60 procent. Forskere forstår allerede disse materialers egenskaber og de tilhørende fremstillingsprocesser. Forskere arbejder på at sænke deres omkostninger og forbedre processerne for sammenføjning, modellering og genbrug af disse materialer.
