טסלה מוטורס עשויה לשקול החלפת מגנטים נדירים של כדור הארץ בפריטים בעלי ביצועים נמוכים

בשל בעיות בשרשרת האספקה ​​ודאגות סביבתיות, חטיבת הכוח של טסלה פועלת להסרת מגנטים של אדמה נדירה ממנועים חשמליים, ומחפשת חלופות.

 

טסלה עדיין לא המציאה חומר מגנט חדש לחלוטין, כך שהיא עשויה להשתמש בטכנולוגיה קיימת למשך זמן מה, ככל הנראה להשתמש בפריטים זולים וקלים לייצור.

 

על ידי מיקום קפדני של מגנטי פריט והתאמת היבטים אחרים של עיצוב המנוע, ניתן לשכפל הרבה מהמאפיינים של מנועים נדירים מונעי אדמה. במקרה זה, משקל המנוע עלה רק בכ-30 אחוז, וזהו ביחס למשקל הכולל של המכונית

ההבדל עשוי להיות קטן.

חומר המגנט החדש צריך להיות בעל שלושת המאפיינים הבסיסיים הבאים: 1) הוא צריך להיות מגנטי: 2) הוא ממשיך להיות מגנטי בנוכחות שדות מגנטיים אחרים; 3) יכול לעמוד בטמפרטורה גבוהה.

 

חדשות Tencent Technology News, יצרנית המכוניות החשמליות טסלה אמרה שמנועי המכוניות שלה לא ישתמשו יותר באלמנטים נדירים של אדמה, מה שאומר שמהנדסים שיטעמו טסלה יצטרכו לשחרר את היצירתיות שלהם כדי למצוא חלופות.

 

בחודש שעבר, באירוע יום המשקיעים של טסלה, הוציא אילון מאסק את "תכנית אב חלק III". ביניהם, פרט קטן עורר סערה בתחום הפיזיקה. קולין קמפבל, בכיר בחטיבת הכוח של טסלה, הודיע ​​שהצוות שלו עובד על הסרת מגנטים של אדמה נדירה ממנועים נובעת מבעיות בשרשרת האספקה ​​והשפעה שלילית מוגזמת מייצור מגנטים נדירים של כדור הארץ.

כדי להשיג זאת, קמפבל הציג שתי שקופיות הכוללות שלושה חומרים מסתוריים שסומנו בחוכמה עבור אדמה נדירה 1, אדמה נדירה 2 ואדמה נדירה 3. השקופית הראשונה מייצגת את המצב הנוכחי של טסלה, שמשתמשת בכל מקום מחצי קילוגרם עד 10 גרם בכל רכב. בשקופית השנייה, מספר יסודות האדמה הנדירים שבהם נעשה שימוש יורד לאפס.

 

עבור מגנטים החוקרים את הכוח המאגי של חומרים מסוימים עקב תנועת אלקטרונים, קל לזהות את זהותו של אדמה נדירה 1, כלומר ניאודימיום. כאשר מוסיפים אלמנטים נפוצים כגון ברזל ובור, מתכת זו יכולה לעזור ליצור שדה מגנטי חזק ותמיד פועל. אבל מעטים החומרים שיש להם את האיכות הזו, ומייצרים מכוניות טסלה שהן גדולות מספיק כדי להזיז יותר מ-2,{3}} קילוגרם צלקות, ולשדות המגנטיים של דברים רבים אחרים, מרובוטים תעשייתיים ועד מטוסי קרב, יש פחות יסודות אדמה נדירים. אם טסלה נחשבת

כדי להסיר מהמנוע ניאודימיום ואלמנטים נדירים אחרים של אדמה, באיזה מגנט הוא ישתמש במקום זאת?

 

דבר אחד בטוח עבור הפיזיקאים: טסלה לא המציאה חומר מגנט חדש לגמרי. אנדי בלקבורן, סגן נשיא בכיר לאסטרטגיה ב-NIron Magnetics, אמר: "בעוד יותר מ-100 שנים, אולי יהיו לנו רק כמה הזדמנויות להשיג מגנטים מסחריים חדשים". NIronMagnetics הוא אחד הסטארט-אפים הבודדים שמנסים לנצל את ההזדמנות הבאה.

 

בלקבורן ואחרים מאמינים שסביר יותר שטסלה החליטה להשתמש במגנט הרבה פחות חזק. מבין האפשרויות הרבות, המועמד הברור ביותר הוא פריט: קרמיקה המורכבת מברזל וחמצן, עם כמות קטנה של מתכת, כמו סטרונציום, מעורבבת. הוא זול וקל לייצור ברחבי העולם מאז שנות ה-50 של המאה ה-20

דלתות מקרר מיוצרות בצורה זו.

 

אבל בנפח, פריטים הם רק עשירית מהמגנטיות של מגנטים ניאודימיום, מה שמעלה שאלות חדשות. המנהל הראשון של טסלה אילון מאסק תמיד היה ידוע כבלתי מתפשר, אבל אם טסלה מתכוונת לעבור לפריט, נראה שהיא חייבת לייצר משהו

כמה ויתורים. קל לחשוב שסוללות הן הכוח של מכוניות חשמליות, אבל בעצם האלקטרומגנטיות היא שמניעה מכוניות חשמליות. לא במקרה הן חברת טסלה והן היחידה המגנטית "טסלה" נקראות על שמו של אותו אדם. כאשר אלקטרונים זורמים דרך החוטים במנוע בעת סיבוב, הם יוצרים שדה אלקטרומגנטי שדוחף את הכוח המגנטי ההפוך, וגורם לציר המנוע להניע את הגלגלים להסתחרר.

עבור הגלגלים האחוריים של רכבי טסלה, הכוחות הללו מסופקים על ידי מנוע חשמלי עם מגנט קבוע, שהוא סוג של מנוע בעל חומר מוזר המייצב שדה מגנטי ללא כל קלט זרם, הודות לספין הגאוני של אלקטרונים סביב אטומים. Special Sla החלה להוסיף את המגנטים הללו למכוניות רק לפני כחמש שנים כדי להאריך את חיי הסוללה מבלי לשדרג את טווח הסוללה ולהגדיל את המומנט. לפני כן השתמשה החברה במנועי אינדוקציה שיוצרו סביב אלקטרומגנטים, דרכם עברו אלקטרומגנטים

מגנטיות נוצרת על ידי צריכת חשמל. דגמים אלה עם מנוע מותקן קדמי עדיין משתמשים בדגם זה כיום.

 

המהלך של טסלה לנטוש כדורי אדמה נדירים ומגנטים עשוי להיראות קצת מוזר. חברות רכב אובססיביות לרוב ליעילות יבשה, במיוחד במקרה של כלי רכב חשמליים, הן עדיין נאבקות לשכנע נהגים להתגבר על הפחד שלהם מטווח נסיעה. אבל עם יצרני רכב

הרחבת ייצור הרכבים החשמליים מתחילה, ופרויקטים רבים שבעבר נחשבו לא יעילים מדי צצים מחדש.

 

זה גרם ליצרניות רכב, כולל טסלה, לייצר יותר מכוניות המשתמשות בסוללות ליתיום ברזל פוספט (LFP). עם אלה סוללות המכילות אלמנטים כגון קובלט וניקל נוטים להיות בעלי טווח קצר יותר מאשר סוללות. זו טכנולוגיה ישנה יותר,

משקל גדול יותר ויכולת אחסון נמוכה יותר. לדגם 3 הנוכחי, המופעל על ידי כוח במהירות נמוכה, יש טווח של 272 מיילים (כ-438 ק"מ), בעוד שדגם S ארוכי הטווח עם סוללות מתקדמות יותר יכול להגיע ל-400 מייל (640 ק"מ). אבל אימוץ סוללות ליתיום ברזל פוספט עשוי להיות בחירה מסחרית נבונה יותר, שכן היא נמנעת משימוש בחומרים יקרים יותר או אפילו קיומיים של סיכון פוליטי.

 

לא סביר שטסלה פשוט תחליף מגנטים, כמו פריטים, במשהו גרוע יותר, אבל שום דבר אחר לא ישתנה. הפיזיקאית של אוניברסיטת אופסלה, אלנה וישנה, ​​אמרה: "אתם תישאו חתיכת מגנטיות ענקית בברזל של מכונית. "למרבה המזל, מנועים הם מכונות מורכבות למדי, המורכבות מהרבה חלקים אחרים שניתן באופן תיאורטי לסדר מחדש בעמודה כדי להפחית את ההשפעה של שימוש במגנטים חלשים יותר.

 

בדגם ממוחשב, חברת החומרים Proterial קבעה לאחרונה, על ידי מיקום קפדני של מגנט הפריט והתאמת סט המנוע בהיבטים אחרים, ניתן לשכפל מדדי ביצועים רבים של מנועים נדירים של כדור הארץ. במקרה זה, משקל המנוע בלבד עם עלייה של כ-30 אחוזים, ההבדל עשוי להיות קטן ביחס למשקל הכולל של המכונית.

 

למרות כאבי הראש הללו, לחברות הרכב יש הרבה סיבות לנטוש אלמנטים נדירים של כדור הארץ, אבל רק אם הם עושים זאת אם אתה יכול לעשות את זה. הערך של שוק כדור הארץ הנדיר כולו זהה בערך לשוק הביצים האמריקאי, ובתיאוריה, ניתן לכרות, לעבד ולהמיר פריים של יואן אדמה נדירים למגנטיות ברחבי העולם ברזל, אך למעשה ישנם אתגרים רבים לתהליכים אלו.

 

תומאס קרומר, אנליסט מינרלים ובלוגר שעוני אדמה נדירים פופולרי, אמר: "זו עסקה של 10 מיליארד דולר אבל הערך של מוצרים שנוצרים מדי שנה הוא בין 2 טריליון ל-3 טריליון דולר, שזה מנוף עצום. מכונית זה גם נכון שגם אם הם מכילים רק כמה קילוגרמים מהחומר הזה, הסרתם פירושה שמכוניות לא יכולות עוד לעשות זאת מחדש את המנוע, אלא אם כן תעצב מחדש את המנוע.

 

ארצות הברית ואירופה מנסות לגוון את שרשרת האספקה ​​הזו. מכרות אדמה נדירים בקליפורניה, שנסגרו בתחילת המאה ה-21, נפתחו מחדש לאחרונה

אספקה ​​לשעבר של 15 אחוז מכדורי האדמה הנדירים בעולם. בארצות הברית, סוכנויות ממשלתיות, במיוחד משרד ההגנה, זקוקות לציוד כמו מטוסים ולוויינים

הם מספקים מגנטים רבי עוצמה, והם מעוניינים להשקיע בשרשרת אספקה ​​הן מקומית והן באזורים כמו יפן ואירופה. אבל בהתחשב בהצלחה זהו תהליך איטי שלוקח שנים או אפילו עשרות שנים. במקביל, גם הביקוש להטמעת מגנטים בכלי דה-קרבוניזציה כמו מכוניות וטורבינות רוח נמצא בעלייה.

על פי מכון מחקר השוק AdamasIntelligence, 12 אחוזים מהאדמה הנדירים נמצאים כיום בשימוש בכלי רכב חשמליים, שהוא שוק מתחיל. יחד עם זאת, מחירי אדמה נדירים לעיתים קרובות משתנים בפראות, ולעתים קרובות חברות חיצוניות אינן יכולות לחזות את הגורמים הללו

מישור.

 

ג'ים צ'ליקובסקי, פיזיקאי שלומד חומרים מגנטיים באוניברסיטת טקסס באוסטין, אמר כי לסיכום, אם אתה בתעשייה שבה ניתן למצוא מוצרים חלופיים, זה יכול להיות יוצא דופן. אבל הוא אמר שהחיפוש היה טוב יותר מפריט. ישנן מגוון סיבות לחלופות טובות יותר למגנטים נדירים של כדור הארץ. האתגר הוא למצוא חומר בעל שלושה מאפיינים בסיסיים: 1) הוא צריך להיות מגנטי; 2) הוא ממשיך להיות מגנטי בנוכחות שדות מגנטיים אחרים; ו-3) הוא יכול לעמוד בטמפרטורות גבוהות. מגנטים תרמיים אינם עוד מגנטים.

 

החוקרים יודעים היטב אילו יסודות כימיים יוצרים מגנטים טובים, אבל ישנם מיליוני סידורים אטומיים פוטנציאליים זרע. כמה מה שנקרא ציידי מגנטים נוקטים בגישה של להתחיל עם מאות אלפי חומרים אפשריים ולסלק את אלה המכילים כדורי אדמה נדירים ולאחר מכן להשתמש בלמידת מכונה כדי לחזות את התכונות המגנטיות של החומר הנותר. בסוף השנה שעברה, Chelikows Key et al. השתמשו במערכת כדי ליצור חומר מגנטי חדש המכיל קובלט. לעתים קרובות האתגר הגדול ביותר הוא למצוא מגנטים חדשים שקל לייצור. Vicina מאוניברסיטת אופסלה הסבירה שכמה מגנטים שפותחו לאחרונה, כמו אלה המכילים מנגן, מבטיחים אך לא יציבים. במקרים אחרים, מדענים יודעים שחומר הוא מגנטי ביותר, אך לא ניתן לייצר אותו בהמוניו. אלה כוללים טטראגוניט, תרכובת ניקל-ברזל המצוי רק ממטאוריטים שצריכים לעבור אלפי שנים של קירור איטי כדי לסדר במדויק את האטומים שלו למצב הנכון. במעבדה נמשכים המאמצים לקדם את התהליך מהר יותר, אך עדיין לא נושאים פרי.

 

סטארטאפ מגנט נירון: העתק הכל וחפש חלק. החברה אומרת שהיא מייצרת מגנטים ניטריד ברזל תיאורטית בהשוואה לנאודימיום הוא מגנטי יותר. אבל זה גם חומר נדיף שקשה לייצור ושימור בצורה הרצויה. בלקבורן אמר כי החברה מתקדמת אך אינה יכולה לייצר מגנטים חזקים מספיק עבור הדור הבא של המכוניות של טסלה. הצעד הראשון, הוא אומר, הוא להכניס את המגנט החדש למכשירים קטנים יותר כמו מערכות קול.

 

תומס קרומר, אנליסט כרייה ובלוגר שעוני אדמה נדירים פופולרי, אמר שלא ברור אם יצרניות רכב אחרות ילכו בעקבות המהלך של טסלה לנטוש כדורי אדמה נדירים. חברות מסוימות עשויות להתעקש לגרום לאישורים הלאומיים לנוע בזהירות בעוד שאחרת

העתק בחר הכל וחפש כמה חברות ישתמשו באינדוקציה כדי להעביר דברים של Yunshan Zhoukou. אפילו טסלה יכולה להשתמש בכמה גרמים של כדורי אדמה נדירים על מכוניות עתידיות, הפזורות על פני מקומות כמו חלונות אוטומטיים, הגה כוח ומגבי שמשות.

 

באירוע יום המשקיעים של טסלה, השקופית המשווה תכולת אדמה נדירה הייתה למעשה השוואה בין מכונית מהדור הנוכחי שלמה למכונית מהדור הנוכחי שלמה הושוו מנועים עתידיים, מה שיכול להיות תעלול פרסומי. דרכים לעקיפת הבעיה כמו טסלה בפיתוח, החלפת חומרי אדמה נדירים במנועים עשויה להיות דבר טוב, אבל כפי שאמר קרומר, "אני חושש שאין לנו מספיק זמן."

 

סוֹף