Avanserte materialer er avgjørende for å øke drivstofføkonomien til moderne biler samtidig som sikkerhet og ytelse opprettholdes. Fordi det krever mindre energi å akselerere en lettere gjenstand enn en tyngre, tilbyr lette materialer et stort potensial for å øke kjøretøyets effektivitet. En 10 % reduksjon i kjøretøyets vekt kan resultere i en forbedring av drivstofføkonomien på 6 % – 8 %. Å erstatte støpejern og tradisjonelle stålkomponenter med lette materialer som høyfast stål, magnesium (Mg) legeringer, aluminium (Al) legeringer, karbonfiber og polymerkompositter kan direkte redusere vekten av kjøretøyets karosseri og chassis med opptil 50 prosent og dermed redusere et kjøretøys drivstofforbruk. Å bruke lette komponenter og høyeffektive motorer aktivert av avanserte materialer i en fjerdedel av den amerikanske flåten kan spare mer enn 5 milliarder liter drivstoff årlig innen 2030.
Ved å bruke lette konstruksjonsmaterialer kan biler bære ytterligere avanserte utslippskontrollsystemer, sikkerhetsinnretninger og integrerte elektroniske systemer uten å øke kjøretøyets totale vekt. Selv om ethvert kjøretøy kan bruke lette materialer, er de spesielt viktige for hybridelektriske, plug-in hybridelektriske og elektriske kjøretøyer. Bruk av lette materialer i disse kjøretøyene kan oppveie vekten av kraftsystemer som batterier og elektriske motorer, forbedre effektiviteten og øke deres helelektriske rekkevidde. Alternativt kan bruk av lette materialer resultere i behov for et mindre og billigere batteri samtidig som det helelektriske utvalget av plug-in-kjøretøyer holdes konstant.
Forskning og utvikling av lette materialer er avgjørende for å redusere kostnadene, øke deres evne til å resirkuleres, muliggjøre integrering i kjøretøy og maksimere fordelene med drivstofføkonomi.
Vehicle Technologies Office (VTO) jobber for å forbedre disse materialene på fire måter:
Øke forståelsen av selve materialene gjennom modellering og databasert materialvitenskap
Forbedre egenskapene deres (som styrke, stivhet og duktilitet)
Forbedre produksjonen deres (materialkostnad, produksjonshastighet eller utbytte)
Utvikling av legeringer av avanserte materialer
På kort sikt kan det å erstatte tunge stålkomponenter med materialer som høyfast stål, aluminium eller glassfiberforsterkede polymerkompositter redusere komponentvekten med 10-60 prosent. Forskere forstår allerede egenskapene til disse materialene og de tilhørende produksjonsprosessene. Forskere jobber med å redusere kostnadene og forbedre prosessene for sammenføyning, modellering og resirkulering av disse materialene.
