تُستخدم مغناطيسات النيوديميوم في المحركات المختلفة ، مثل المحركات عالية الطاقة ، في السيارات الكهربائية ، والتي يُتوقع أن تتطور بسرعة في المستقبل. تعتزم تويوتا تقليل كمية النيوديميوم (عنصر أرضي نادر) عن طريق تطوير مغناطيس جديد مقاوم للحرارة مع محتوى منخفض من النيوديميوم. (بيان صحفي من تويوتا 20 فبراير).
من المفترض أن تويوتا تحاول الالتفاف على الاعتماد على الأتربة النادرة الصينية لسياراتها الكهربائية.
تم إجراء هذه الدراسة كجزء من مشروع NEDO "تطوير تكنولوجيا المواد المغناطيسية لمحركات عالية الكفاءة للسيارات من الجيل الجديد".
الخلفية
في السيارات الهجينة والمركبات الكهربائية ، من المهم تطوير ليس فقط البطاريات ، ولكن أيضًا المحركات عالية الأداء. كلما زادت كثافة التدفق المغناطيسي للمغناطيس ، كلما كان أداء المحرك أعلى. وبما أن سبيكة النيوديميوم مع الحديد والبورون (Nd
2 Fe
14 B) توفر أعلى كثافة تدفق مغناطيسي ، فهي حاليًا المغناطيس المغناطيسي الرئيسي في المحركات الكهربائية للسيارات الكهربائية.
نموذج محرك كهربائي بمغناطيس نيوديوم (يسار).
من ناحية أخرى ، فإن مغناطيسات النيوديميوم لها عيب خطير يضعف المجال المغناطيسي مع زيادة درجة الحرارة
* . إذا تمت إضافة تيربيوم (Tb) أو ديسبروسيوم (Dy) إلى النيوديميوم ، فيمكن كبح انخفاض التدفق المغناطيسي.
مغناطيس نيوديميوم (
يمين ) يفقد خصائصه المغناطيسية مع زيادة درجة الحرارة.
على الرغم من حقيقة أن مغناطيس النيوديميوم مع إضافة التيربيوم والديسبروسيوم لا يخضع لنقص ، إلا أن الصعوبة تكمن في أن الديسبروسيوم والتيربيوم أرضان نادران ومكلفة نسبيًا (السعر 1 كجم ~ 561 دولارًا ، الديسبروسيوم 1 كجم ~ 234 دولارًا في ديسمبر 2017) . النيوديميوم نفسه غير مكلف (1 كجم ~ 47 دولارًا) ، ولكن هناك خوف من أنه لن يكون كافيًا مع زيادة الطلب. علاوة على ذلك ، تكمن المشكلة أيضًا في حقيقة أن حصة كبيرة من الواردات من الصين من النيوبيوم والعناصر الأرضية النادرة الأخرى ككل. في هذا الصدد ، من الضروري تطوير مغناطيس عالي الأداء ، والذي يستخدم أقل عدد ممكن من عناصر تيربيوم-ديسبروسيوم-نيوديميوم.
اتجاه تطور المغناطيس. مع الجيل الرابع بريوس وبريوس الجيلان الثاني والثالث (من بيان صحفي من تويوتا)مراحل التكنولوجيا
المرحلة الأولى: تقليل حجم الحبوب التي يتكون منها المغناطيسكان من الممكن زيادة مساحة المنطقة الحدودية بين الحبوب (
الحبوب ~ بلورات فردية من المواد المغناطيسية) ، وتقليل حجم الحبوب وبالتالي قمع انخفاض التدفق المغناطيسي حتى في درجة حرارة عالية.
فرق حجم الحبوبالمرحلة 2. الحصول على هيكل من طبقتين بحبوب عاليةفي مغناطيس النيوديميوم العادي ، يتم توزيع النيوديميوم بالتساوي داخل حبيبات المغناطيس الحديدي. علاوة على ذلك ، اتضح أن الكمية الإجمالية من النيوديميوم أكثر من اللازم للحفاظ على القسرية (
مقاومة إزالة المغناطيسية ). تؤدي زيادة محتوى النيوديميوم على سطح الحبوب إلى زيادة الإكراه ، مما يقلل أيضًا من إجمالي كمية النيوديميوم المستخدمة في المغناطيس الجديد ، دون فقدان الكفاءة.
المرحلة 3. النسبة المحددة لمكونات اللنثانوم والسيريومكان من الممكن تقليل تركيز النيوديميوم بمساعدة إضافات اللانثانوم والسيريوم ، مع الحفاظ على نفس الكفاءة مثل المغناطيس التقليدي. يكلف اللانثان والسيريوم أقل من 10 دولارات لكل 1 كجم ، وهو أمر غير مكلف بشكل معقول للأرض النادرة. ومع ذلك ، مع فرق السعر الحالي ، إذا انخفض محتوى النيوديميوم بنسبة 10٪ ، فإن هذا لن يؤدي إلى مكاسب كبيرة. لذلك ، على الأرجح ، ستكون هناك حاجة إلى تقنية جديدة عندما يتوسع الطلب على النيوديميوم ويرتفع السعر.
التمثيل التخطيطي للحبوب المتعددة البلورات (من بيان صحفي من تويوتا)
الحبوب متعددة البلورات SEM (من بيان صحفي من تويوتا)
مقارنة الأداء. حتى مع انخفاض بنسبة 20 ٪ في محتوى النيوديميوم ، يتم تحقيق نفس الكفاءة مثل المغناطيس التقليدي عند درجة حرارة عالية (من بيان صحفي لشركة تويوتا).ملاحظات:- الترجمة ليست حرفية
- وأضاف الأجزاء المفقودة من البيان الصحفي
- لأعلى. تغيير الاسم بناء على التعليق . لقد أصبح seoshno ، ولكن بشكل أكثر دقة.
يرجى الكتابة عن الأخطاء.