Gelişmiş malzemeler, modern otomobillerin yakıt ekonomisini artırırken güvenlik ve performansı korumak için de gereklidir. Daha hafif bir nesneyi hızlandırmak, daha ağır bir nesneyi hızlandırmak için daha az enerji gerektirdiğinden, hafif malzemeler araç verimliliğini artırmak için büyük bir potansiyel sunar. Araç ağırlığındaki %10'luk bir azalma, yakıt ekonomisinde %6-%8'lik bir iyileşme ile sonuçlanabilir. Dökme demir ve geleneksel çelik bileşenlerin yüksek mukavemetli çelik, magnezyum (Mg) alaşımları, alüminyum (Al) alaşımları, karbon fiber ve polimer kompozitler gibi hafif malzemelerle değiştirilmesi, bir aracın gövdesinin ve şasisinin ağırlığını doğrudan yüzde 50'ye kadar azaltabilir. yüzde ve dolayısıyla aracın yakıt tüketimini azaltır. ABD filosunun dörtte birinde hafif bileşenlerin ve gelişmiş malzemelerin sağladığı yüksek verimli motorların kullanılması, 2030 yılına kadar yılda 5 milyar galondan fazla yakıt tasarrufu sağlayabilir.
Hafif yapısal malzemeler kullanılarak otomobiller, aracın toplam ağırlığını arttırmadan ek gelişmiş emisyon kontrol sistemleri, güvenlik cihazları ve entegre elektronik sistemler taşıyabilir. Her araçta hafif malzemeler kullanılabilmesine rağmen, bunlar özellikle hibrit elektrikli, plug-in hibrit elektrikli ve elektrikli araçlar için önemlidir. Bu araçlarda hafif malzemelerin kullanılması, piller ve elektrik motorları gibi güç sistemlerinin ağırlığını dengeleyerek verimliliği artırabilir ve tamamen elektrikli menzili artırabilir. Alternatif olarak, hafif malzemelerin kullanımı, tamamen elektrikli şarjlı araçların menzilini sabit tutarken daha küçük ve daha düşük maliyetli bir aküye ihtiyaç duyulmasına neden olabilir.
Hafif malzemelere yönelik araştırma ve geliştirme, bunların maliyetlerini düşürmek, geri dönüştürülebilme yeteneklerini artırmak, araçlara entegrasyonunu sağlamak ve yakıt ekonomisi faydalarını en üst düzeye çıkarmak için gereklidir.
Araç Teknolojileri Ofisi (VTO) bu malzemeleri dört şekilde iyileştirmek için çalışıyor:
Modelleme ve hesaplamalı malzeme bilimi yoluyla malzemelerin anlaşılmasının arttırılması
Özelliklerinin iyileştirilmesi (mukavemet, sertlik ve süneklik gibi)
Üretimlerini iyileştirme (malzeme maliyeti, üretim hızı veya verim)
Gelişmiş malzemelerin alaşımlarının geliştirilmesi
Kısa vadede, ağır çelik bileşenlerin yüksek mukavemetli çelik, alüminyum veya cam elyaf takviyeli polimer kompozitler gibi malzemelerle değiştirilmesi, bileşen ağırlığını yüzde 10-60 oranında azaltabilir. Bilim insanları bu malzemelerin özelliklerini ve ilgili üretim süreçlerini zaten anlıyorlar. Araştırmacılar maliyetlerini düşürmek ve bu malzemeleri birleştirme, modelleme ve geri dönüştürme süreçlerini iyileştirmek için çalışıyorlar.
