Vergrößern / Geglühte Neodym-Eisen-Bor-Magnete sitzen in einem Fass bevor sie bei Neo Material Technologies zu Pulver zerkleinert werden Inc.s Magnequench Tianjin Co. Fabrik in Tianjin, China, auf Freitag, 11. Juni 2010. Fotograf: Doug Kanter / Bloomberg über Getty Images.Getty Images
Toyota sagt, es hat einen neuen Magneten für Hochenergie erfunden Anwendungen wie Elektromotoren, die einen Bruchteil des Stroms verbrauchen Menge an Neodym (ein Seltenerdelement) eines Standardeisens, Bor, Neodym (NdFeB) Magnet.
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Toyota in “Produktionstechnik” für eine Festkörperbatterie, WSJ sagt, dass Seltenerdmagnete in vielen Hybridfahrzeugen verwendet werden, einige vollelektrische Fahrzeuge und andere Anwendungen wie Windkraftanlagen und Robotik.
Obwohl “selten” eine Art Fehlbezeichnung für ein Material wie ist Neodym (hohe Nachfrage hat zu einer relativ hohen Produktion geführt) “Es gibt Bedenken wegen Engpässen Entwicklung als Elektrofahrzeuge, einschließlich Hybrid und Batterie Elektrofahrzeuge werden in Zukunft immer beliebter Die Besorgnis wird durch die Konzentration des Seltenerdabbaus noch verstärkt: Es wurden zwar Versuche unternommen, Seltenerdmetalle in der USA und andere Teile der Welt, ein Übergewicht der Seltenen Erden Bergbau findet in China statt. Dieses Land drohte, den Export einzustellen Neodym und andere seltene Erden im Jahr 2011, die Preise für die gesendet hochfliegende Metalle. Wenn China den Zugang zu Seltenen Erden als Wieder geopolitisches Instrument, es könnte erhebliche Auswirkungen auf Unternehmen wie Toyota, die auf seltene Erden angewiesen sind, um Flaggschiffprodukte zu bauen wie der Prius.
Der neu entwickelte Magnet Toyota verwendet ebenfalls Noterbium oder Dysprosium, das Neodym zugesetzt werden kann, um seine Wirkung zu verbessern Funktionsfähigkeit bei hoher Hitze, über 100 Grad Celsius (212 Grad Fahrenheit). (Tatsächlich stellt die Bergbauberatung Roskill fest, dass nur wenige Autohersteller verwenden Terbium in Magneten mehr, obwohl Dysprosium ist noch häufig zu Magneten mit Neodym hinzugefügt.)
Was machen diese Magnete?
NdFeB-Magnete können ein starkes Magnetfeld in erzeugen kleine volumina. In Kombination mit Dysprosium weisen NdFeB-Magnete einen hohen Wert auf Koerzitivfeldstärke, dh die Fähigkeit, der Entmagnetisierung einmal zu widerstehen magnetisiert, “laut a2015 paper von Sustainable Materialien und Technologien.
In einem Wechselstrommotor mit Permanentmagnet (PM) sind NdFeB-Magnete häufig eingebettet in den Rotor. Bei Drahtwicklungen im Stator handelt es sich Elektrifiziert bewirkt die magnetische Anziehung, dass sich der Rotor dreht. InBei anderen Konstruktionen können die Magnete in den Stator eingebettet sein, oder die Magnete können so angeordnet werden, dass sie mit einem Gleichstrommagnetfeld arbeiten. Durch Im Gegensatz dazu verwenden Induktionsmotoren (die viel häufiger sind) keine Magnete und verlassen sich auf Strom, der durch die Statorwicklungen zu fließt ein magnetisches Feld induzieren, das zur Rotation des Rotor.
Wie Sie sich vorstellen können, gibt es mehrere Kompromisse zwischen PM Motoren und magnetlose Induktionsmotoren. Roskill stellt PM-basiert fest systeme sind tendenziell leichter und kleiner, da sie sich auf das verlassen können NdFeB-Magnet in ihnen für ein konstantes Magnetfeld. Die meisten Hybridfahrzeuge (HEVs) nutzen PM-Systeme: mit einem Hybrid-System Sie brauche sowohl eine Batterie als auch einen Verbrennungsmotor, also reduziere Die Größe des Motors ist von größter Bedeutung. (Komponentenhersteller Bosch hat arbeitete auch an Gebäudesystemen, die sowohl Induktionsmotoren als auch Permanentmagnetmotoren im gleichen Produkt, für vorne und hinten Achsen zum Beispiel.)
Tesla verzichtete in seinen Modellen S und X bekanntermaßen auf Magnete Fahrzeuge, die sich für ein schwereres Kupfer-Induktionssystem entscheiden. Aber die Modell 3 verwendet angeblich ein PM-System, wahrscheinlich wegen Magneten Platz und Gewicht sparen (was die Reichweite der Batterie beeinträchtigen kann) und solche Motoren neigen dazu, eine bessere Beschleunigung zu haben. Der Chevy Bolt auch verwendet einen Neodym-basierten Magneten, sagt Roskill.
Was steckt in diesem neuen Magneten?
Anstelle von Neodym oder Dysprosium verwendet der Magnet günstigere Seltenerdmetalle Lanthan und Cer. Bestimmt, Damit werden viele Probleme mit Neodym nicht beseitigt: lanthan und cer werden nach wie vor überwiegend in china abgebaut und as Bei den meisten seltenen Erden können sie umweltschädlich sein produzieren. Reuters stellt jedoch fest, dass Neodym etwa 100 US-Dollar kostet pro kg und Dysprosium kostet etwa 400 USD pro kg Lanthan und Cer kosten etwa 5 bis 7 Dollar pro kg. Im Idealfall könnte sich ein billigerer Magnet ergeben in billigeren Hybrid- und Vollelektrofahrzeugen.
Vergrößern / Anstelle von Magneten mit einer gleichmäßigen Konzentration von Neodym, Toyotas Magnete konzentrieren Neodym an den Rändern des Magnet. Toyota
Toyota hat ein paar Tricks angewendet, um den Neodymverbrauch zu reduzieren. Das Unternehmen sagt, dass einfach das Ersetzen von Thenodym in einem Magneten Withlanthan und Cer ergeben einen unterdurchschnittlichen Magneten mit Reduzierte Koerzitivfeldstärke und reduzierter Wärmewiderstand, dh Motor Leistung wird leiden. Stattdessen komponierte die Firma den Magneten so dass der größte Teil der Lanthan- und Cer-Körner im Inneren lag der Magnet und die meisten der Neodymkörner befanden sich auf der draußen.
Der Autohersteller reduzierte auch die Korngröße der Metalle in der magnet. Dies ist seit einiger Zeit ein Forschungsweg: das Jahr 2015 In dem Papier über nachhaltige Materialien und Technologien wurde festgestellt, dass Weg, um zuverlässig die Korngröße von Komponenten der Seltenen Erden zu reduzieren Magnete können die in einem Magneten gespeicherte magnetische Energie erhöhen. Toyota verfolgte offenbar auch diesen Weg. Seine Forscher waren in der Lage, die Korngröße der Magnetkomponenten zu reduzieren ein Zehntel von dem, was in Standardmagneten verwendet wird.
Diese Herstellungstechniken ermöglichen es Toyota, 20 bis 50 zu verlieren Prozent des Neodyms notwendig, um einen NdFeB-Magneten ohne zu machen Leistung oder Koerzitivkraft verlieren. Reuters stellt fest, dass elektrisch Fahrzeugmagnete werden wahrscheinlich nur in der Lage sein, die Vorteile der Niedriges Ende davon – aber Sie eliminieren 20 Prozent des Neodyms brauch in einem fahrzeug magnet ist auch gut.
Im Moment ist das Design vorläufig, und Toyota sagt, es muss sein Führen Sie weitere Forschungen durch, bevor Sie diese fortschrittlichen Magnete in ihre hinzufügen Autos. Bis Anfang der 2020er Jahre hofft das Unternehmen, die Magnete im Einsatz zu haben Servolenkungssysteme, und dann hofft es, zu einem breiteren Einsatz in bewegen Elektrofahrzeugmotoren innerhalb des Jahrzehnts.
Toyota war ein Pionier auf dem Hybridfahrzeugmarkt, aber es zögerte, rein elektrische Fahrzeuge auf den Markt zu bringen. Allerdings haben die Forscher nach Wegen gesucht um Elektrofahrzeuge auf den neuesten Stand zu bringen. Das Unternehmen kündigte in Sommer 2017, dass es sich bei “Produktionstechnik” um eine Festkörperbatterie, die theoretisch leichter, kleiner wäre, und haben einen besseren Bereich von Betriebstemperaturen als die Batterien sehen wir heute auf Teslas, Nissans und Chevys.
