Η Tesla μόλις ανακοίνωσε ότι η επόμενη γενιά κινητήρων μόνιμου μαγνήτη που θα έχουν διαμορφωθεί στα ηλεκτρικά της οχήματα δεν θα χρησιμοποιούν καθόλου υλικά σπάνιων γαιών!
Σύνθημα Tesla: Οι μόνιμοι μαγνήτες σπανίων γαιών εξαλείφονται πλήρως
είναι αληθινό αυτό;
Στην πραγματικότητα, το 2018, το 93% των ηλεκτρικών οχημάτων στον κόσμο ήταν εξοπλισμένα με σύστημα μετάδοσης κίνησης που κινούνταν από κινητήρα μόνιμου μαγνήτη από σπάνιες γαίες. Το 2020, το 77% της παγκόσμιας αγοράς ηλεκτρικών οχημάτων χρησιμοποιεί κινητήρες μόνιμου μαγνήτη. Παρατηρητές της βιομηχανίας ηλεκτρικών οχημάτων πιστεύουν ότι καθώς η Κίνα έχει γίνει μια από τις μεγαλύτερες αγορές ηλεκτρικών οχημάτων και η Κίνα έχει σε μεγάλο βαθμό τον έλεγχο της προμήθειας σπάνιων γαιών, είναι απίθανο η Κίνα να αλλάξει από μηχανές μόνιμου μαγνήτη. Ποια είναι όμως η κατάσταση της Tesla και πώς τη σκέφτεται; Το 2018, η Tesla χρησιμοποίησε έναν ενσωματωμένο σύγχρονο κινητήρα μόνιμου μαγνήτη για πρώτη φορά στο Model 3, ενώ διατήρησε τον επαγωγικό κινητήρα στον μπροστινό άξονα. Επί του παρόντος, η Tesla χρησιμοποιεί δύο τύπους κινητήρων στα ηλεκτρικά της οχήματα Model S και X, ο ένας είναι κινητήρας μόνιμου μαγνήτη σπάνιων γαιών και ο άλλος επαγωγικός κινητήρας. Οι επαγωγικοί κινητήρες μπορούν να παρέχουν περισσότερη ισχύ και οι επαγωγικοί κινητήρες με μόνιμους μαγνήτες είναι πιο αποδοτικοί και μπορούν να βελτιώσουν την εμβέλεια οδήγησης κατά 10%.
Η προέλευση του κινητήρα μόνιμου μαγνήτη Μιλώντας για αυτό, πρέπει να αναφέρουμε πώς προέκυψε ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη σπανίων γαιών. Όλοι γνωρίζουν ότι ο μαγνητισμός παράγει ηλεκτρισμό και ο ηλεκτρισμός παράγει μαγνητισμό, και η παραγωγή ενός κινητήρα είναι αδιαχώριστη από ένα μαγνητικό πεδίο. Επομένως, υπάρχουν δύο τρόποι για την παροχή μαγνητικού πεδίου: διέγερση και μόνιμος μαγνήτης. Οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος, οι σύγχρονοι κινητήρες και πολλοί μικροσκοπικοί ειδικοί κινητήρες απαιτούν όλα ένα μαγνητικό πεδίο συνεχούς ρεύματος. Η παραδοσιακή μέθοδος είναι η χρήση ενός ενεργοποιημένου πηνίου (που ονομάζεται μαγνητικός πόλος) με σιδερένιο πυρήνα για τη λήψη μαγνητικού πεδίου, αλλά το μεγαλύτερο μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι το ρεύμα έχει απώλεια ενέργειας στην αντίσταση του πηνίου (παραγωγή θερμότητας), μειώνοντας έτσι απόδοση κινητήρα και αύξηση του λειτουργικού κόστους. Αυτή τη στιγμή, οι άνθρωποι σκέφτηκαν - εάν υπάρχει ένα μόνιμο μαγνητικό πεδίο και η ηλεκτρική ενέργεια δεν χρησιμοποιείται πλέον για τη δημιουργία μαγνητισμού, τότε ο οικονομικός δείκτης του κινητήρα θα βελτιωθεί. Έτσι, γύρω στη δεκαετία του 1980, εμφανίστηκαν μια ποικιλία υλικών μόνιμου μαγνήτη, και στη συνέχεια εφαρμόστηκαν σε κινητήρες, δημιουργώντας κινητήρες μόνιμου μαγνήτη.
Ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη σπανίων γαιών πρωτοστατεί Ποια υλικά λοιπόν μπορούν να κάνουν μόνιμους μαγνήτες; Πολλοί χρήστες του Διαδικτύου πιστεύουν ότι υπάρχει μόνο ένα είδος υλικού. Στην πραγματικότητα, υπάρχουν τέσσερις κύριοι τύποι μαγνητών που μπορούν να δημιουργήσουν ένα μόνιμο μαγνητικό πεδίο, και συγκεκριμένα: κεραμικό (φερρίτης), κοβάλτιο νικελίου αλουμινίου (AlNiCo), κοβάλτιο σαμαρίου (SmCo) και σίδηρο βόριο νεοδυμίου (NdFeB). Ειδικά κράματα μαγνητών νεοδυμίου, συμπεριλαμβανομένου του τερβίου και του δυσπρόσιο, έχουν αναπτυχθεί με υψηλότερες θερμοκρασίες Curie, επιτρέποντάς τους να αντέχουν σε υψηλότερες θερμοκρασίες έως και 200°C.
Πριν από τη δεκαετία του 1980, τα υλικά μόνιμου μαγνήτη ήταν κυρίως μόνιμοι μαγνήτες φερρίτη και μόνιμοι μαγνήτες alnico, αλλά η παραμονή αυτών των υλικών δεν είναι πολύ ισχυρή, επομένως το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται είναι σχετικά ασθενές. Όχι μόνο αυτό, αλλά η καταναγκαστική δύναμη αυτών των δύο ειδών μόνιμων μαγνητών είναι χαμηλή, και μόλις συναντήσουν ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, επηρεάζονται εύκολα και απομαγνητίζονται, γεγονός που περιορίζει την ανάπτυξη κινητήρων μόνιμου μαγνήτη. Ας μιλήσουμε για μαγνήτες σπάνιων γαιών. Στην πραγματικότητα, οι μαγνήτες σπάνιων γαιών χωρίζονται σε δύο τύπους μόνιμων μαγνητών: ελαφριές σπάνιες γαίες και βαριές σπάνιες γαίες. Τα παγκόσμια αποθέματα σπάνιων γαιών αποτελούνται από περίπου 85% ελαφριές σπάνιες γαίες και 15% βαριές σπάνιες γαίες. Το τελευταίο προσφέρει μαγνήτες υψηλής θερμοκρασίας κατάλληλους για πολλές εφαρμογές αυτοκινήτων. Μετά τη δεκαετία του 1980, εμφανίστηκε ένα υλικό μόνιμου μαγνήτη σπάνιων γαιών υψηλής απόδοσης - μόνιμος μαγνήτης NdFeB. Τέτοια υλικά έχουν υψηλότερη παραμονή, καθώς και υψηλότερη καταναγκασμό και παραγωγή ενέργειας, αλλά γενικά χαμηλότερες θερμοκρασίες Curie από τα εναλλακτικά. Ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη σπανίων γαιών που κατασκευάζεται από αυτόν έχει πολλά πλεονεκτήματα, όπως υψηλή απόδοση, χωρίς πηνίο διέγερσης, επομένως δεν υπάρχει απώλεια ενέργειας διέγερσης. η σχετική μαγνητική διαπερατότητα είναι κοντά σε αυτή της μηχανής αέρα, γεγονός που μειώνει την αυτεπαγωγή του κινητήρα και βελτιώνει τον συντελεστή ισχύος. Ακριβώς λόγω της καλύτερης πυκνότητας ισχύος και απόδοσης των κινητήρων μόνιμου μαγνήτη σπανίων γαιών υπάρχουν πολλά διαφορετικά σχέδια ηλεκτροκινητήρων μετάδοσης κίνησης και οι πιο δημοφιλείς είναι οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη σπανίων γαιών. Ο Τέσλα θέλει να ξεφορτωθεί Εξάρτηση από τις κινεζικές σπάνιες γαίες;
Όλοι γνωρίζουν ότι η Κίνα παρέχει τη συντριπτική πλειοψηφία των πόρων σπάνιων γαιών στον κόσμο. Αυτό το έχουν δει και οι Ηνωμένες Πολιτείες τα τελευταία χρόνια. Δεν θέλουν να περιορίζονται από την Κίνα στην προμήθεια σπάνιων γαιών. Ως εκ τούτου, μετά την ανάληψη των καθηκόντων του Μπάιντεν, προσπάθησε να αυξήσει τη συμμετοχή του στην αλυσίδα εφοδιασμού σπάνιων γαιών. Είναι μία από τις προτεραιότητες της πρότασης υποδομής ύψους 2 τρισεκατομμυρίων δολαρίων. Η MP Materials, η οποία αγόρασε ένα ορυχείο που είχε κλείσει προηγουμένως στην Καλιφόρνια το 2017, αγωνίζεται να αποκαταστήσει την αλυσίδα εφοδιασμού σπάνιων γαιών των ΗΠΑ, με έμφαση στο νεοδύμιο και το πρασεοδύμιο, και ελπίζει να γίνει ο παραγωγός με το χαμηλότερο κόστος. Η Lynas έχει λάβει κρατική χρηματοδότηση για την κατασκευή ενός εργοστασίου επεξεργασίας ελαφρών σπάνιων γαιών στο Τέξας και έχει άλλη μια σύμβαση για μια εγκατάσταση διαχωρισμού βαρέων σπάνιων γαιών στο Τέξας. Αν και οι Ηνωμένες Πολιτείες έχουν κάνει τόσες πολλές προσπάθειες, οι άνθρωποι του κλάδου πιστεύουν ότι βραχυπρόθεσμα, ειδικά από πλευράς κόστους, η Κίνα θα διατηρήσει κυρίαρχη θέση στην προμήθεια σπάνιων γαιών και οι Ηνωμένες Πολιτείες δεν μπορούν να την κλονίσουν καθόλου.
Ίσως ο Tesla το είδε αυτό και σκέφτηκε να χρησιμοποιήσει μόνιμους μαγνήτες που δεν χρησιμοποιούν καθόλου σπάνιες γαίες ως κινητήρες. Αυτή είναι μια τολμηρή υπόθεση, ή ένα αστείο, δεν ξέρουμε ακόμα. Εάν η Tesla εγκαταλείψει τους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη και επιστρέψει σε κινητήρες επαγωγής, δεν φαίνεται να είναι αυτό το στυλ τους. Και η Tesla θέλει να χρησιμοποιήσει κινητήρες μόνιμου μαγνήτη και εγκαταλείπει εντελώς τους μόνιμους μαγνήτες σπάνιων γαιών, επομένως υπάρχουν δύο δυνατότητες: η μία είναι να έχει καινοτόμα αποτελέσματα στους αρχικούς μόνιμους μαγνήτες από κεραμικό (φερρίτη) και AlNiCo. Η δεύτερη είναι ότι οι μόνιμοι μαγνήτες από άλλα υλικά κράματος μη σπάνιων γαιών μπορούν επίσης να διατηρήσουν το ίδιο αποτέλεσμα με τους μόνιμους μαγνήτες σπάνιων γαιών. Αν δεν είναι αυτά τα δύο, τότε η Tesla πιθανότατα παίζει με τις έννοιες. Ο Ντα Βούκοβιτς, πρόεδρος της Alliance LLC, είπε κάποτε ότι «λόγω των χαρακτηριστικών των μαγνητών σπάνιων γαιών, κανένα άλλο υλικό μαγνήτη δεν μπορεί να ανταποκρίνεται στις επιδόσεις υψηλής αντοχής τους. Δεν μπορείτε πραγματικά να αντικαταστήσετε τους μαγνήτες σπάνιων γαιών».
Ανεξάρτητα από το αν η Tesla παίζει με έννοιες ή θέλει πραγματικά να απαλλαγεί από την εξάρτησή της από την προμήθεια σπάνιων γαιών της Κίνας όσον αφορά τους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη, ο συντάκτης πιστεύει ότι οι πόροι σπάνιων γαιών είναι πολύ πολύτιμοι και θα πρέπει να τους αναπτύξουμε ορθολογικά και να πληρώσουμε περισσότερα προσοχή στις μελλοντικές γενιές. Ταυτόχρονα, οι ερευνητές πρέπει να αυξήσουν τις ερευνητικές τους προσπάθειες. Ας μην πούμε αν η διατύπωση του Tesla είναι καλή ή όχι, τουλάχιστον μας έχει δώσει κάποιες υποδείξεις και εμπνεύσεις.
