Через проблеми з ланцюгом постачання та екологією відділ силових агрегатів Tesla наполегливо працює над видаленням рідкоземельних магнітів із двигунів і шукає альтернативні рішення.
Tesla ще не винайшла абсолютно новий магнітний матеріал, тому вона може обійтися існуючою технологією, швидше за все, використовуючи дешевий і легко виготовлений ферит.
Ретельно розташувавши феритові магніти та регулюючи інші аспекти конструкції двигуна, багато показників продуктивностірідкоземельніприводні двигуни можуть бути відтворені.У цьому випадку вага двигуна збільшується лише приблизно на 30%, що може бути невеликою різницею порівняно із загальною вагою автомобіля.
4. Нові магнітні матеріали повинні мати такі три основні характеристики: 1) вони повинні мати магнетизм;2) Продовжувати зберігати магнетизм у присутності інших магнітних полів;3) Витримує високі температури.
Як повідомляє Tencent Technology News, виробник електромобілів Tesla заявив, що рідкоземельні елементи більше не будуть використовуватися в двигунах своїх автомобілів, а це означає, що інженерам Tesla доведеться повністю розкрити свій творчий потенціал у пошуку альтернативних рішень.
Минулого місяця Ілон Маск випустив «Третю частину генерального плану» на заході Tesla Investor Day.Серед них є маленька деталь, яка викликала фурор у сфері фізики.Колін Кемпбелл, старший керівник відділу силових агрегатів Tesla, оголосив, що його команда видаляє рідкоземельні магніти з двигунів через проблеми з ланцюгом поставок і значний негативний вплив виробництва рідкоземельних магнітів.
Для досягнення цієї мети Кемпбелл представив два слайди з трьома загадковими матеріалами, вміло позначеними як рідкоземельні елементи 1, рідкоземельні елементи 2 і рідкісноземельні елементи 3. Перший слайд представляє поточну ситуацію Tesla, де кількість рідкоземельних елементів, які використовує компанія в кожному автомобілі коливається від півкілограма до 10 грам.На другому слайді використання всіх рідкоземельних елементів зведено до нуля.
Для магнітологів, які вивчають магічну силу, створювану електронним рухом у певних матеріалах, ідентичність рідкоземельних елементів 1 легко впізнати, тобто неодим.При додаванні до звичайних елементів, таких як залізо та бор, цей метал може допомогти створити сильне, постійно діюче магнітне поле.Але небагато матеріалів мають таку якість, і ще менше рідкоземельних елементів створюють магнітні поля, які можуть рухати автомобілі Tesla вагою понад 2000 кілограмів, а також багато інших речей, від промислових роботів до винищувачів.Якщо Tesla планує видалити неодим та інші рідкоземельні елементи з двигуна, який магніт вона використовуватиме замість цього?
Для фізиків одне напевно: Тесла не винайшов абсолютно новий тип магнітного матеріалу.Енді Блекберн, виконавчий віце-президент зі стратегії NIron Magnets, сказав: «За понад 100 років у нас може бути лише кілька можливостей придбати нові бізнес-магніти».NIron Magnets — один із небагатьох стартапів, які намагаються скористатися наступною можливістю.
Блекберн та інші вважають, що більш імовірно, що Tesla вирішив обійтися набагато менш потужним магнітом.Серед багатьох можливостей найбільш очевидним кандидатом є ферит: кераміка, що складається із заліза та кисню, змішаного з невеликою кількістю металу, наприклад стронцію.Він і дешевий, і простий у виготовленні, і з 1950-х років дверцята холодильників у всьому світі виготовляються таким чином.
Але за обсягом магнетизм фериту лише в одну десяту менше, ніж у неодимових магнітів, що викликає нові питання.Генеральний директор Tesla Ілон Маск завжди був відомий своєю безкомпромісністю, але якщо Tesla хоче перейти на ферит, схоже, потрібно піти на деякі поступки.
Легко повірити, що батареї є джерелом енергії для електромобілів, але насправді електромобілі рухаються за допомогою електромагнітного руху.Не випадково і компанія Tesla, і магнітна установка «Tesla» названі на честь однієї людини.Коли електрони проходять через котушки в двигуні, вони генерують електромагнітне поле, яке керує протилежною магнітною силою, змушуючи вал двигуна обертатися разом із колесами.
Для задніх коліс автомобілів Tesla ці сили забезпечуються двигунами з постійними магнітами, дивним матеріалом зі стабільним магнітним полем і без струму, завдяки хитромудрому обертанню електронів навколо атомів.Tesla почала додавати ці магніти в автомобілі лише близько п’яти років тому, щоб збільшити запас ходу та збільшити крутний момент без оновлення батареї.До цього компанія використовувала асинхронні двигуни, виготовлені навколо електромагнітів, які генерували магнетизм, споживаючи електроенергію.Моделі, оснащені передніми двигунами, все ще використовують цей режим.
Відмова Tesla від рідкоземельних елементів і магнітів виглядає дещо дивною.Автомобільні компанії часто одержимі ефективністю, особливо у випадку з електромобілями, де вони все ще намагаються переконати водіїв подолати свій страх запасу ходу.Але коли виробники автомобілів починають розширювати масштаби виробництва електромобілів, багато проектів, які раніше вважалися надто неефективними, відновлюються.
Це спонукало виробників автомобілів, включаючи Tesla, виробляти більше автомобілів, використовуючи літій-залізо-фосфатні (LFP) батареї.Порівняно з акумуляторами, що містять такі елементи, як кобальт і нікель, ці моделі часто мають менший радіус дії.Це застаріла технологія з більшою вагою та меншою ємністю.Зараз Model 3, що працює від низькошвидкісної енергії, має запас ходу 272 милі (приблизно 438 кілометрів), тоді як дистанційна Model S, оснащена більш вдосконаленими батареями, може досягати 400 миль (640 кілометрів).Однак використання літій-залізо-фосфатної батареї може бути більш розумним бізнес-вибором, оскільки це дозволяє уникнути використання більш дорогих і навіть політично ризикованих матеріалів.
Однак Tesla навряд чи просто замінить магніти на щось гірше, наприклад, ферит, не вносячи жодних інших змін.Фізик Упсальського університету Алайна Вішна сказала: «Ви будете возити величезний магніт у своїй машині.На щастя, електродвигуни є досить складними машинами з багатьма іншими компонентами, які теоретично можна змінити, щоб зменшити вплив використання слабших магнітів.
У комп’ютерних моделях компанія Proterial нещодавно визначила, що багато показників продуктивності рідкоземельних приводних двигунів можна відтворити, ретельно розташувавши феритові магніти та налаштувавши інші аспекти конструкції двигуна.У цьому випадку вага двигуна збільшується лише приблизно на 30%, що може бути невеликою різницею порівняно із загальною вагою автомобіля.
Незважаючи на ці головні болі, у автомобільних компаній все ще є багато причин відмовитися від рідкоземельних елементів, якщо вони зможуть це зробити.Цінність усього ринку рідкоземельних елементів подібна до ринку яєць у Сполучених Штатах, і теоретично рідкоземельні елементи можна видобувати, переробляти та перетворювати на магніти по всьому світу, але насправді ці процеси становлять багато проблем.
Мінеральний аналітик і популярний блогер зі спостереження за рідкоземельними елементами Томас Крумер сказав: «Це галузь вартістю 10 мільярдів доларів, але вартість продукції, що створюється щороку, коливається від 2 до 3 трильйонів доларів, що є величезним важелем.Те саме стосується і автомобілів.Навіть якщо вони містять лише кілька кілограмів цієї речовини, їх видалення означає, що автомобілі більше не зможуть працювати, якщо ви не захочете переробити весь двигун
Сполучені Штати та Європа намагаються диверсифікувати цей ланцюг поставок.Каліфорнійські рідкісноземельні копальні, які були закриті на початку 21 століття, нещодавно знову відкрилися і наразі забезпечують 15% світових ресурсів рідкісноземельних елементів.У Сполучених Штатах урядові установи (особливо Міністерство оборони) потребують потужних магнітів для такого обладнання, як літаки та супутники, і вони з ентузіазмом інвестують у ланцюги поставок усередині країни та в таких регіонах, як Японія та Європа.Але враховуючи вартість, необхідні технології та екологічні проблеми, це повільний процес, який може тривати кілька років або навіть десятиліть.
Час публікації: 11 травня 2023 р