قد تفكر شركة Tesla Motors في استبدال مغناطيس الأرض النادرة بفريتات منخفضة الأداء

نظرًا لقضايا سلسلة التوريد والمخاوف البيئية ، يعمل قسم توليد القوة في Tesla على إزالة المغناطيسات الأرضية النادرة من المحركات الكهربائية ، والبحث عن بدائل.

 

لم تخترع Tesla بعد مادة مغناطيسية جديدة تمامًا ، لذلك قد تستخدم التكنولوجيا الحالية لفترة من الوقت ، وعلى الأرجح تستخدم حديديًا رخيصًا وسهل التصنيع.

 

من خلال تحديد موضع مغناطيس الفريت بعناية وتعديل الجوانب الأخرى لتصميم المحرك ، يمكن تكرار العديد من خصائص المحركات الأرضية النادرة. في هذه الحالة ، زاد وزن المحرك بنسبة 30 بالمائة فقط ، وهو ما يتناسب مع الوزن الإجمالي للسيارة

قد يكون الاختلاف صغيرًا.

يجب أن تتمتع المادة المغناطيسية الجديدة بالخصائص الأساسية الثلاث التالية: 1) يجب أن تكون مغناطيسية: 2) تظل مغناطيسية في وجود مجالات مغناطيسية أخرى ؛ 3) يمكن أن تتحمل درجات حرارة عالية.

 

أخبار Tencent Technology News ، قالت شركة تصنيع السيارات الكهربائية Tesla إن محركات سياراتها لن تستخدم العناصر الأرضية النادرة بعد الآن ، مما يعني أن المهندسين الذين يتذوقون Tesla سيضطرون إلى إطلاق العنان لإبداعهم لإيجاد بدائل.

 

في الشهر الماضي ، في حدث يوم المستثمر في Tesla ، أصدر Elon Musk "الجزء الثالث من الخطة الرئيسية". من بينها ، هناك تفاصيل صغيرة أحدثت ضجة في مجال الفيزياء. أعلن كولين كامبل ، المدير التنفيذي في قسم توليد القوة في تسلا ، أن فريقه يعمل على إزالة المغناطيسات الأرضية النادرة من المحركات بسبب مشكلات في سلسلة التوريد والتأثير السلبي المفرط من إنتاج مغناطيسات أرضية نادرة.

لتحقيق ذلك ، قدم كامبل شريحتين تحتويان على ثلاث مواد غامضة تم تصنيفها بذكاء للأرض النادرة 1 والأرض النادرة 2 والأرض النادرة 3. تمثل الشريحة الأولى الحالة الحالية لـ Tesla ، والتي تستخدم في أي مكان من نصف كيلوغرام إلى 10 جرام في كل مركبة. في الشريحة الثانية ، ينخفض ​​عدد العناصر الأرضية النادرة المستخدمة إلى الصفر.

 

بالنسبة للمغناطيسيين الذين يدرسون القوة السحرية لمواد معينة بسبب حركة الإلكترونات ، من السهل التعرف على هوية الأرض النادرة 1 ، وهذا هو النيوديميوم. عند إضافته إلى عناصر مشتركة مثل الحديد والبورون ، يمكن لهذا المعدن أن يساعد في إنشاء مجال مغناطيسي قوي ودائم. لكن القليل من المواد تتمتع بهذه الجودة ، حيث تنتج سيارات تسلا كبيرة بما يكفي لتحريك أكثر من 2 ، 000 ندوب كيلوغرام ، والمجالات المغناطيسية للعديد من الأشياء الأخرى من الروبوتات الصناعية إلى الطائرات المقاتلة ، تحتوي على عناصر أرضية نادرة أقل. إذا احتسب تسلا

لإزالة النيوديميوم والعناصر الأرضية النادرة الأخرى من المحرك ، ما المغناطيس الذي سيستخدمه بدلاً من ذلك؟

 

هناك شيء واحد مؤكد لعلماء الفيزياء: لم يخترع تسلا مادة مغناطيسية جديدة تمامًا. قال آندي بلاكبيرن ، نائب الرئيس التنفيذي للاستراتيجية في شركة NIron Magnetics: "في أكثر من 100 عام ، قد يكون لدينا فرص قليلة فقط للحصول على مغناطيس تجاري جديد." NIronMagnetics هي واحدة من الشركات الناشئة القليلة التي تحاول اغتنام الفرصة التالية.

 

يعتقد بلاكبيرن وآخرون أنه من المرجح أن تسلا قررت استخدام مغناطيس أقل قوة. من بين العديد من الاحتمالات ، فإن المرشح الأكثر وضوحًا هو الفريت: يتم خلط السيراميك المكون من الحديد والأكسجين ، مع كمية صغيرة من المعدن ، مثل السترونتيوم. إنه رخيص وسهل التصنيع في جميع أنحاء العالم منذ الخمسينيات من القرن العشرين

يتم تصنيع أبواب الثلاجة بهذه الطريقة.

 

لكن من حيث الحجم ، فإن الفريت لا يمثل سوى عُشر مغناطيسية مغناطيس النيوديميوم ، مما يثير أسئلة جديدة. لطالما اشتهر إيلون ماسك ، أول مسؤول تنفيذي في تسلا ، بكونه لا هوادة فيه ، ولكن إذا كانت تسلا ستتحول إلى الفريت ، فيبدو أنها يجب أن تصنع شيئًا

بعض التنازلات. من السهل التفكير في أن البطاريات هي قوة السيارات الكهربائية ، لكن الكهرومغناطيسية هي التي تقود السيارات الكهربائية. ليس من قبيل المصادفة تسمية شركة Tesla والوحدة المغناطيسية "Tesla" على اسم نفس الشخص. عندما تتدفق الإلكترونات عبر الأسلاك في المحرك عند الدوران ، فإنها تولد مجالًا كهرومغناطيسيًا يدفع القوة المغناطيسية المعاكسة ، مما يتسبب في دفع عمود المحرك للعجلات للدوران.

بالنسبة للعجلات الخلفية لمركبات Tesla ، يتم توفير هذه القوى بواسطة محرك كهربائي بمغناطيس دائم ، وهو نوع من المحركات التي تحتوي على مادة غريبة تعمل على استقرار المجال المغناطيسي دون أي مدخلات تيار ، وذلك بفضل الدوران العبقري للإلكترونات حوله. ذرات. بدأت Special Sla فقط في إضافة هذه المغناطيسات إلى السيارات منذ حوالي خمس سنوات لإطالة عمر البطارية دون ترقية نطاق البطارية وزيادة عزم الدوران. قبل ذلك ، استخدمت الشركة المحركات الحثية المصنعة حول المغناطيسات الكهربائية ، والتي تمر من خلالها المغناطيسات الكهربائية

يتم إنشاء المغناطيسية عن طريق استهلاك الكهرباء. لا تزال تلك الطرز المزودة بمحرك أمامي تستخدم هذا الطراز حتى يومنا هذا.

 

قد يبدو تحرك تسلا للتخلي عن العناصر الأرضية النادرة والمغناطيس غريبًا بعض الشيء. غالبًا ما تكون شركات السيارات مهووسة بالكفاءة الجافة ، خاصة في حالة السيارات الكهربائية ، فهي لا تزال تكافح لإقناع السائقين بالتغلب على خوفهم من المدى. لكن مع مصنعي السيارات

بدأ التوسع في إنتاج السيارات الكهربائية ، وعادت إلى الظهور العديد من المشاريع التي كانت تعتبر في السابق غير فعالة للغاية.

 

وقد دفع هذا شركات صناعة السيارات ، بما في ذلك تسلا ، إلى إنتاج المزيد من السيارات التي تستخدم بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LFP). مع تلك البطاريات التي تحتوي على عناصر مثل الكوبالت والنيكل تميل إلى أن يكون لها نطاق أقصر من البطاريات. هذه تقنية قديمة ،

وزن أكبر وسعة تخزين أقل. يبلغ مدى الطراز الحالي 3 ، الذي يعمل بقوة منخفضة السرعة ، 272 ميلاً (حوالي 438 كم) ، في حين أن الطراز S بعيد المدى المزود ببطاريات أكثر تقدمًا يمكن أن يصل إلى 400 ميل (640 كم). لكن اعتماد بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم قد يكون خيارًا تجاريًا أكثر حكمة ، لأنه يتجنب استخدام بطاريات أكثر تكلفة أو حتى وجود مواد ذات مخاطر سياسية.

 

من غير المحتمل أن تحل Tesla ببساطة محل المغناطيس ، مثل الفريت ، بشيء أسوأ ، على الرغم من عدم تغيير أي شيء آخر. قالت عالمة الفيزياء في جامعة أوبسالا ألينا فيشنا: "ستحمل قطعة ضخمة من المغناطيسية في سيارة الحديد". ولحسن الحظ ، تعد المحركات آلات معقدة للغاية ، وتتكون من الكثير من الأجزاء الأخرى التي يمكن نظريًا إعادة ترتيبها في العمود للتخفيف من تأثير استخدام مغناطيس أضعف.

 

في نموذج الكمبيوتر ، حددت شركة المواد Proterial مؤخرًا ، من خلال تحديد موضع المغناطيس الفريت بعناية وضبط مجموعة المحرك في جوانب أخرى ، يمكن تكرار العديد من مؤشرات الأداء لمحركات محرك الأرض النادرة. في هذه الحالة ، وزن المحرك فقط مع زيادة حوالي 30 بالمائة ، قد يكون الفرق صغيرًا بالنسبة للوزن الإجمالي للسيارة.

 

على الرغم من هذه المشكلات ، فإن لدى شركات السيارات الكثير من الأسباب للتخلي عن العناصر الأرضية النادرة ، ولكن فقط إذا فعلت ذلك إذا كان بإمكانك فعل ذلك. تتشابه قيمة سوق الأرض النادرة بالكامل مع سوق البيض الأمريكي ، ومن الناحية النظرية ، يمكن استخراج المعادن الأولية النادرة اليوان الأرضي ومعالجتها وتحويلها إلى مغناطيسية حول العالم من الحديد ، ولكن في الواقع هناك العديد من التحديات لهذه العمليات .

 

قال توماس كرومر ، محلل المعادن والمدون الشهير لمراقبة الأرض النادرة: "هذه صفقة بقيمة 10 مليارات دولار ، لكن قيمة المنتجات التي يتم إنشاؤها سنويًا تتراوح بين 2 تريليون دولار و 3 تريليون دولار ، وهي رافعة ضخمة. السيارة صحيح أيضًا أنه حتى لو كانوا تحتوي فقط على بضعة كيلوغرامات من هذه المادة ، وإزالتها يعني أن السيارات لم يعد بإمكانها القيام بذلك Drive ، إلا إذا كنت على استعداد لإعادة تصميم المحرك بأكمله. ".

 

تحاول الولايات المتحدة وأوروبا تنويع سلسلة التوريد هذه. أعيد فتح المناجم الأرضية النادرة في كاليفورنيا ، التي تم إغلاقها في أوائل القرن الحادي والعشرين ، مؤخرًا

العرض السابق لـ 15٪ من العناصر الأرضية النادرة في العالم. في الولايات المتحدة ، تحتاج الوكالات الحكومية ، وخاصة وزارة الدفاع ، إلى معدات مثل الطائرات والأقمار الصناعية

من خلال توفير مغناطيس قوي ، فهم حريصون على الاستثمار في سلاسل التوريد محليًا وفي مناطق مثل اليابان وأوروبا. لكن النظر في النجاح هذه عملية بطيئة تستغرق سنوات أو حتى عقود. في الوقت نفسه ، يتزايد أيضًا الطلب على تضمين المغناطيس في أدوات إزالة الكربون مثل السيارات وتوربينات الرياح.

وفقًا لمعهد أبحاث السوق AdamasIntelligence ، تُستخدم 12 بالمائة من العناصر الأرضية النادرة حاليًا في السيارات الكهربائية ، وهي سوق ناشئة. في الوقت نفسه ، غالبًا ما تتقلب أسعار الأرض النادرة بشكل كبير ، وغالبًا ما لا تستطيع الشركات الخارجية التنبؤ بهذه العوامل

سهل.

 

قال Jim Chelikowski ، عالم الفيزياء الذي يدرس المواد المغناطيسية في جامعة تكساس في أوستن ، أنه باختصار ، إذا كنت تعمل في صناعة يمكن العثور فيها على منتجات بديلة ، فقد يكون ذلك غير عادي. لكنه قال إن البحث أفضل من الفريت. وهناك أسباب متنوعة لبدائل أفضل لمغناطيس الأرض النادرة. يتمثل التحدي في العثور على مادة ذات ثلاث خصائص أساسية: 1) يجب أن تكون مغناطيسية ؛ 2) لا يزال مغناطيسيًا في وجود مجالات مغناطيسية أخرى ؛ و 3) يمكنها تحمل درجات الحرارة العالية. المغناطيسات الحرارية لم تعد مغناطيسات.

 

يعرف الباحثون جيدًا العناصر الكيميائية التي تصنع مغناطيسًا جيدًا ، ولكن هناك الملايين من الترتيبات الذرية المحتملة البذور. يتخذ بعض من يطلق عليهم صائدي المغناطيس نهج البدء بمئات الآلاف من المواد الممكنة والتخلص من تلك التي تحتوي على تربة نادرة ثم استخدام التعلم الآلي للتنبؤ بالخصائص المغناطيسية للمواد المتبقية. في نهاية العام الماضي ، Chelikows Key et al. استخدم النظام لإنشاء مادة جديدة عالية المغناطيسية تحتوي على الكوبالت ، وغالبًا ما يكون التحدي الأكبر هو العثور على مغناطيس جديد يسهل تصنيعه. أوضح Vicina من جامعة أوبسالا أن بعض المغناطيسات المطورة حديثًا ، مثل تلك التي تحتوي على المنغنيز ، واعدة ولكنها غير مستقرة. في حالات أخرى ، يعرف العلماء أن المادة مغناطيسية للغاية ، لكن لا يمكن تصنيعها بكميات كبيرة. وتشمل هذه المواد التيتراغونيت ، وهو مركب من النيكل والحديد موجود فقط من النيازك التي يجب أن تمر بآلاف السنين من التبريد البطيء لترتيب ذراتها بدقة إلى الحالة الصحيحة. في المختبر ، الجهود المبذولة لدفع العملية إلى الأمام بشكل أسرع مستمرة ، ولكنها لم تؤتي ثمارها بعد.

 

بدء تشغيل Magnet Niron: انسخ الكل وابحث عن بعضها. تقول الشركة إنها تنتج مغناطيس نيتريد الحديديك نظريًا مقارنة بالنيوديميوم وهو أكثر مغناطيسية. لكنها أيضًا مادة متطايرة يصعب تصنيعها والحفاظ عليها بالشكل المطلوب. قال بلاكبيرن إن الشركة تحرز تقدمًا ولكن لا يمكنها إنتاج مغناطيس قوي بما يكفي للجيل القادم من سيارات تسلا. يقول إن الخطوة الأولى هي وضع المغناطيس الجديد في أجهزة أصغر مثل أنظمة الصوت.

 

قال توماس كرومر ، محلل التعدين والمدون الشهير لساعات الأرض النادرة ، إنه من غير الواضح ما إذا كان صانعو السيارات الآخرون سيتبعون تحرك تسلا للتخلي عن الأرض النادرة. قد تصر بعض الشركات على جعل أوراق الاعتماد الوطنية تتحرك بعناية في حين أن شركات أخرى

نسخ حدد الكل وابحث عن بعض الشركات ستستخدم الاستقراء لتحريك أشياء Yunshan Zhoukou. حتى تسلا يمكن أن تستخدم بضعة جرامات من الأرض النادرة في السيارات المستقبلية ، المنتشرة في أماكن مثل النوافذ الأوتوماتيكية ، والتوجيه المعزز ، ومساحات الزجاج الأمامي.

 

في حدث Tesla's Investor Day ، كانت الشريحة التي تقارن محتوى الأرض النادرة في الواقع تقارن سيارة الجيل الحالي بالكامل مع الجيل الحالي بالكامل من السيارات تمت مقارنة محركات المستقبل ، والتي يمكن أن تكون حيلة دعائية. يجري تطوير حلول بديلة مثل تسلا ، وقد يكون استبدال المواد الأرضية النادرة في المحركات أمرًا جيدًا ، ولكن كما يقول كرومر ، "أخشى أنه ليس لدينا وقت كافٍ."

 

نهاية