टोयोटा कम निओदिमियम सामग्री के साथ गर्मी प्रतिरोधी मैग्नेट विकसित करता है

इलेक्ट्रिक वाहनों में हाई-पावर इंजन जैसे विभिन्न इंजनों के लिए नियोडिमियम मैग्नेट का उपयोग किया जाता है, जो भविष्य में तेजी से विकसित होने की उम्मीद है। टोयोटा ने नियोडिमियम (एनडी, दुर्लभ पृथ्वी तत्व) की मात्रा को कम करने के लिए एक नई गर्मी प्रतिरोधी चुंबक को कम सामग्री के साथ विकसित करने का इरादा किया है। (टोयोटा प्रेस रिलीज़ 20 फरवरी)। संभवतः टोयोटा इस प्रकार अपने इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए चीनी दुर्लभ पृथ्वी पर निर्भरता को दरकिनार करने की कोशिश कर रही है।

यह अध्ययन NEDO परियोजना के भाग के रूप में किया गया था "नई पीढ़ी की कारों के अत्यधिक कुशल इंजनों के लिए चुंबकीय सामग्री की प्रौद्योगिकी का विकास"।

पृष्ठभूमि

हाइब्रिड कारों और इलेक्ट्रिक वाहनों में, न केवल बैटरी, बल्कि उच्च-प्रदर्शन मोटर्स भी विकसित करना महत्वपूर्ण है। चुंबक का चुंबकीय प्रवाह घनत्व जितना अधिक होगा, इंजन का प्रदर्शन उतना ही अधिक होगा। और चूंकि लोहे और बोरान (एनडी ₂ फीट ₁₄ बी) के साथ नियोडिमियम का मिश्र धातु उच्चतम चुंबकीय प्रवाह घनत्व प्रदान करता है, यह वर्तमान में इलेक्ट्रिक वाहनों के इलेक्ट्रिक मोटर्स में मुख्य फेरोमैग्नेट है।


एक इलेक्ट्रिक मोटर का मॉडल जिसमें एक बायोडियम चुंबक (बाएं) है।

दूसरी ओर, नियोडिमियम मैग्नेट में एक गंभीर खामी है कि बढ़ते तापमान के साथ चुंबकीय क्षेत्र कमजोर हो जाता है ^* । यदि टेरबियम (टीबी) या डिस्प्रोसियम (डीआई) को नियोडिमियम में जोड़ा जाता है, तो चुंबकीय प्रवाह में कमी को दबाया जा सकता है।


एक नियोडिमियम चुंबक ( दाएं ) बढ़ते तापमान के साथ अपने चुंबकीय गुणों को खो देता है।

इस तथ्य के बावजूद कि टेरबियम और डिस्प्रोसियम के अलावा के साथ नियोडिमियम चुंबक की कमी के अधीन नहीं है, कठिनाई यह है कि डिस्पेरियम और टेर्बियम दुर्लभ पृथ्वी हैं और अपेक्षाकृत महंगे हैं (कीमत 1 किलो ~ 561, डिस्प्रोसियम 1 किलो ~ $ 234 दिसंबर 2017 के लिए) । नियोडिमियम स्वयं सस्ता (1 किलो ~ $ 47) है, लेकिन एक डर है कि मांग बढ़ने पर यह पर्याप्त नहीं होगा। इसके अलावा, यह समस्या इस तथ्य में भी निहित है कि चीन के आयात का एक बड़ा हिस्सा नाइओबियम और अन्य दुर्लभ पृथ्वी तत्वों से समग्र रूप में है। इस संबंध में, उच्च-प्रदर्शन मैग्नेट को विकसित करना आवश्यक है, जो संभव के रूप में टेरिबियम-डिस्प्रोसियम-नियोडिमियम के कुछ तत्वों का उपयोग करता है।


मैग्नेट के विकास की दिशा। चौथी पीढ़ी के साथ प्रियस और दूसरी और तीसरी पीढ़ी (टोयोटा प्रेस रिलीज से)

प्रौद्योगिकी चरणों

चरण 1. अनाज के आकार को कम करना जो मैग्नेट को बनाते हैं
अनाज ( अनाज ~ चुंबकीय सामग्री के व्यक्तिगत क्रिस्टल) के बीच सीमा क्षेत्र के क्षेत्र में वृद्धि करना संभव था, जिससे अनाज का आकार कम हो जाता था और इस प्रकार उच्च तापमान पर भी चुंबकीय प्रवाह में कमी को दबा दिया जाता था।


अनाज का आकार अंतर

चरण 2. उच्च अनाज के साथ दो-परत संरचना प्राप्त करना
एक साधारण नियोडिमियम चुंबक में, नियोडिमियम समान रूप से एक फेरोमैग्नेट के अनाज के भीतर वितरित किया जाता है। इसके अलावा, यह पता चला है कि न्यूरोडियम की कुल मात्रा, ज़बरदस्ती (डिमैग्नेटाइजेशन के प्रतिरोध ) को बनाए रखने के लिए आवश्यक से अधिक है। अनाज की सतह पर नियोडिमियम की सामग्री में वृद्धि से ज़बरदस्ती में वृद्धि होती है, जो दक्षता में कमी के बिना, नए चुंबक में उपयोग किए जाने वाले न्यूरोडियम की कुल मात्रा को भी कम कर देता है।

चरण 3. लैंटानम और सेरियम के घटकों का विशिष्ट अनुपात
पारंपरिक मैग्नेट के समान दक्षता बनाए रखते हुए, लैंटेनम और सेरियम के योजक की मदद से नियोडिमियम की एकाग्रता को कम करना संभव था। लैंटानम और सेरियम की कीमत $ 10 प्रति 1 किलो से कम है, जो दुर्लभ पृथ्वी के लिए काफी सस्ती है। हालांकि, वर्तमान मूल्य अंतर के साथ, अगर नियोडिमियम सामग्री 10% कम हो जाती है, तो यह एक महत्वपूर्ण लाभ नहीं होगा। इसलिए, सबसे अधिक संभावना है, एक नई तकनीक की आवश्यकता होगी जब नियोडिमियम की मांग का विस्तार होगा और कीमत बढ़ जाएगी।


पॉलीक्रिस्टल अनाज का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व (टोयोटा प्रेस रिलीज से)


SEM पॉलीक्रिस्टल अनाज (टोयोटा प्रेस रिलीज़ से)


प्रदर्शन की तुलना। यहां तक ​​कि नियोडिमियम सामग्री में 20% की कमी के साथ, उच्च तापमान पर पारंपरिक मैग्नेट के रूप में एक ही दक्षता हासिल की जाती है (एक टोयोटा प्रेस विज्ञप्ति से)।