På grunn av problemer med forsyningskjeden og miljøet jobber Teslas drivlinjeavdeling hardt med å fjerne sjeldne jordartsmagneter fra motorer og ser etter alternative løsninger.
Tesla har ennå ikke oppfunnet et helt nytt magnetmateriale, så de kan klare seg med eksisterende teknologi, mest sannsynlig ved bruk av billig og lettprodusert ferritt.
Ved å plassere ferrittmagneter nøye og justere andre aspekter ved motordesignet, kan mange ytelsesindikatorersjeldne jordarterDrivmotorer kan replikeres. I dette tilfellet øker motorens vekt bare med omtrent 30 %, noe som kan være en liten forskjell sammenlignet med bilens totalvekt.
4. Nye magnetmaterialer må ha følgende tre grunnleggende egenskaper: 1) de må ha magnetisme; 2) Fortsette å opprettholde magnetisme i nærvær av andre magnetfelt; 3) Tåle høye temperaturer.
Ifølge Tencent Technology News har elbilprodusenten Tesla uttalt at sjeldne jordartsmetaller ikke lenger vil bli brukt i bilmotorene deres, noe som betyr at Teslas ingeniører må slippe løs kreativiteten sin fullt ut for å finne alternative løsninger.
Forrige måned lanserte Elon Musk den «tredje delen av hovedplanen» på Tesla Investor Day-arrangementet. Blant dem er det en liten detalj som har skapt furore innen fysikkfeltet. Colin Campbell, en toppleder i Teslas drivlinjeavdeling, kunngjorde at teamet hans fjerner sjeldne jordmagneter fra motorer på grunn av problemer i forsyningskjeden og den betydelige negative effekten av å produsere sjeldne jordmagneter.
For å oppnå dette målet presenterte Campbell to lysbilder som involverte tre mystiske materialer, smart merket som sjeldne jordarter 1, sjeldne jordarter 2 og sjeldne jordarter 3. Det første lysbildet representerer Teslas nåværende situasjon, hvor mengden sjeldne jordarter som brukes av selskapet i hvert kjøretøy varierer fra et halvt kilogram til 10 gram. På det andre lysbildet er bruken av alle sjeldne jordarter redusert til null.
For magnetologer som studerer den magiske kraften som genereres av elektronisk bevegelse i visse materialer, er identiteten til sjeldne jordartsmetaller 1 lett gjenkjennelig, nemlig neodym. Når dette metallet tilsettes vanlige elementer som jern og bor, kan det bidra til å skape et sterkt, alltid pågående magnetfelt. Men få materialer har denne egenskapen, og enda færre sjeldne jordartsmetaller genererer magnetfelt som kan bevege Tesla-biler som veier over 2000 kilo, samt mange andre ting fra industriroboter til jagerfly. Hvis Tesla planlegger å fjerne neodym og andre sjeldne jordartsmetaller fra motoren, hvilken magnet vil de bruke i stedet?
For fysikere er én ting sikkert: Tesla oppfant ikke en helt ny type magnetisk materiale. Andy Blackburn, konserndirektør for strategi hos NIron Magnets, sa: «Om over 100 år har vi kanskje bare noen få muligheter til å skaffe oss nye forretningsmagneter.» NIron Magnets er en av få oppstartsbedrifter som prøver å gripe den neste muligheten.
Blackburn og andre mener det er mer sannsynlig at Tesla har bestemt seg for å nøye seg med en mye mindre kraftig magnet. Blant mange muligheter er den mest åpenbare kandidaten ferritt: en keramikk bestående av jern og oksygen, blandet med en liten mengde metall som strontium. Den er både billig og enkel å produsere, og siden 1950-tallet har kjøleskapsdører over hele verden blitt produsert på denne måten.
Men når det gjelder volum, er ferrittens magnetisme bare en tidel av neodymmagnetenes, noe som reiser nye spørsmål. Teslas administrerende direktør Elon Musk har alltid vært kjent for å være kompromissløs, men hvis Tesla skal gå over til ferritt, ser det ut til at noen innrømmelser må gjøres.
Det er lett å tro at batterier er kraften i elektriske kjøretøy, men i virkeligheten er det elektromagnetisk drift som driver elektriske kjøretøy. Det er ingen tilfeldighet at både Tesla og den magnetiske enheten «Tesla» er oppkalt etter samme person. Når elektroner strømmer gjennom spolene i en motor, genererer de et elektromagnetisk felt som driver den motsatte magnetiske kraften, noe som får motorens aksel til å rotere med hjulene.
For bakhjulene på Tesla-biler leveres disse kreftene av motorer med permanentmagneter, et merkelig materiale med et stabilt magnetfelt og ingen strømtilførsel, takket være den smarte rotasjonen av elektroner rundt atomer. Tesla begynte først å legge til disse magnetene i biler for omtrent fem år siden, for å utvide rekkevidden og øke dreiemomentet uten å oppgradere batteriet. Før dette brukte selskapet induksjonsmotorer produsert rundt elektromagneter, som genererer magnetisme ved å forbruke strøm. De modellene som er utstyrt med frontmotorer bruker fortsatt denne modusen.
Teslas trekk om å forlate sjeldne jordarter og magneter virker litt merkelig. Bilprodusenter er ofte besatt av effektivitet, spesielt når det gjelder elbiler, hvor de fortsatt prøver å overtale sjåfører til å overvinne frykten for rekkevidde. Men etter hvert som bilprodusenter begynner å utvide produksjonsskalaen av elbiler, dukker mange prosjekter som tidligere ble ansett som for ineffektive opp igjen.
Dette har fått bilprodusenter, inkludert Tesla, til å produsere flere biler med litiumjernfosfatbatterier (LFP). Sammenlignet med batterier som inneholder elementer som kobolt og nikkel, har disse modellene ofte kortere rekkevidde. Dette er en eldre teknologi med større vekt og lavere lagringskapasitet. For tiden har Model 3, som drives av lavhastighetsstrøm, en rekkevidde på omtrent 438 kilometer, mens den fjernstyrte Model S utstyrt med mer avanserte batterier kan nå 640 kilometer. Bruk av litiumjernfosfatbatterier kan imidlertid være et mer fornuftig forretningsvalg, fordi det unngår bruk av dyrere og til og med politisk risikable materialer.
Det er imidlertid usannsynlig at Tesla bare vil erstatte magneter med noe verre, som ferritt, uten å gjøre noen andre endringer. Fysikeren Alaina Vishna ved Uppsala universitet sa: «Du vil ha med deg en enorm magnet i bilen din. Heldigvis er elektriske motorer ganske komplekse maskiner med mange andre komponenter som teoretisk sett kan omorganiseres for å redusere virkningen av å bruke svakere magneter.»
I datamodeller har materialselskapet Proterial nylig fastslått at mange ytelsesindikatorer for drivmotorer av sjeldne jordarter kan replikeres ved å plassere ferrittmagneter nøye og justere andre aspekter ved motordesignet. I dette tilfellet øker motorens vekt bare med omtrent 30 %, noe som kan være en liten forskjell sammenlignet med bilens totalvekt.
Til tross for disse hodepinene har bilprodusenter fortsatt mange grunner til å forlate sjeldne jordartsmetaller, forutsatt at de kan gjøre det. Verdien av hele markedet for sjeldne jordartsmetaller er lik den for eggmarkedet i USA, og teoretisk sett kan sjeldne jordartsmetaller utvinnes, bearbeides og omdannes til magneter over hele verden, men i virkeligheten byr disse prosessene på mange utfordringer.
Mineralanalytiker og populær blogger innen observasjon av sjeldne jordarter, Thomas Krumer, sa: «Dette er en industri på 10 milliarder dollar, men verdien av produktene som skapes hvert år varierer fra 2 til 3 billioner dollar, noe som er en enorm løftestang. Det samme gjelder biler. Selv om de bare inneholder noen få kilo av dette stoffet, betyr det å fjerne dem at biler ikke lenger kan kjøre med mindre du er villig til å redesigne hele motoren.
USA og Europa prøver å diversifisere denne forsyningskjeden. De sjeldne jordartsgruvene i California, som ble stengt tidlig på 2000-tallet, har nylig gjenåpnet og forsyner for tiden 15 % av verdens sjeldne jordartsressurser. I USA må offentlige etater (spesielt Forsvarsdepartementet) levere kraftige magneter til utstyr som fly og satellitter, og de er entusiastiske over å investere i forsyningskjeder innenlands og i regioner som Japan og Europa. Men med tanke på kostnader, nødvendig teknologi og miljøproblemer er dette en langsom prosess som kan vare i flere år eller til og med tiår.
Publisert: 11. mai 2023