På grund av problem med leveranskedjan och miljön arbetar Teslas drivlinjeavdelning hårt med att ta bort sällsynta jordartsmetaller från motorer och letar efter alternativa lösningar.
Tesla har ännu inte uppfunnit ett helt nytt magnetmaterial, så de får klara sig med befintlig teknik, troligtvis med hjälp av billig och lätttillverkad ferrit.
Genom att noggrant placera ferritmagneter och justera andra aspekter av motordesignen kan många prestandaindikatorersällsynta jordartsmetallerDrivmotorer kan replikeras. I detta fall ökar motorns vikt bara med cirka 30 %, vilket kan vara en liten skillnad jämfört med bilens totalvikt.
4. Nya magnetmaterial måste ha följande tre grundläggande egenskaper: 1) de måste ha magnetism; 2) Fortsätta att bibehålla magnetism i närvaro av andra magnetfält; 3) Kan motstå höga temperaturer.
Enligt Tencent Technology News har elfordonstillverkaren Tesla uppgett att sällsynta jordartsmetaller inte längre kommer att användas i deras bilmotorer, vilket innebär att Teslas ingenjörer måste släppa lös sin kreativitet fullt ut för att hitta alternativa lösningar.
Förra månaden släppte Elon Musk den "tredje delen av masterplanen" på Teslas investerardag. Bland dem finns en liten detalj som har skapat furore inom fysikområdet. Colin Campbell, en högre chef på Teslas drivlinjeavdelning, meddelade att hans team tar bort sällsynta jordartsmagneter från motorer på grund av problem i leveranskedjan och den betydande negativa effekten av att producera sällsynta jordartsmagneter.
För att uppnå detta mål presenterade Campbell två bilder som involverade tre mystiska material, skickligt märkta som sällsynta jordartsmetaller 1, sällsynta jordartsmetaller 2 och sällsynta jordartsmetaller 3. Den första bilden representerar Teslas nuvarande situation, där mängden sällsynta jordartsmetaller som används av företaget i varje fordon varierar från ett halvt kilogram till 10 gram. På den andra bilden har användningen av alla sällsynta jordartsmetaller minskats till noll.
För magnetologer som studerar den magiska kraften som genereras av elektronisk rörelse i vissa material är identiteten hos sällsynta jordartsmetall 1 lätt igenkännbar, nämligen neodym. När den tillsätts vanliga grundämnen som järn och bor kan denna metall bidra till att skapa ett starkt, ständigt påslaget magnetfält. Men få material har denna egenskap, och ännu färre sällsynta jordartsmetaller genererar magnetfält som kan flytta Tesla-bilar som väger över 2000 kilogram, liksom många andra saker från industrirobotar till stridsflygplan. Om Tesla planerar att ta bort neodym och andra sällsynta jordartsmetaller från motorn, vilken magnet kommer de att använda istället?
För fysiker är en sak säker: Tesla uppfann inte en helt ny typ av magnetiskt material. Andy Blackburn, vice vd för strategi på NIron Magnets, sa: ”Om över 100 år kanske vi bara har ett fåtal möjligheter att förvärva nya affärsmagneter.” NIron Magnets är en av få startups som försöker ta nästa möjlighet.
Blackburn och andra tror att det är mer troligt att Tesla har bestämt sig för att nöja sig med en mycket mindre kraftfull magnet. Bland många möjligheter är den mest uppenbara kandidaten ferrit: en keramik bestående av järn och syre, blandad med en liten mängd metall som strontium. Den är både billig och enkel att tillverka, och sedan 1950-talet har kylskåpsdörrar runt om i världen tillverkats på detta sätt.
Men volymmässigt är ferritens magnetism bara en tiondel av neodymmagneternas, vilket väcker nya frågor. Teslas VD Elon Musk har alltid varit känd för att vara kompromisslös, men om Tesla ska övergå till ferrit verkar det som att vissa eftergifter måste göras.
Det är lätt att tro att batterier är kraften i elfordon, men i verkligheten är det elektromagnetisk drift som driver elfordon. Det är ingen slump att både Tesla och den magnetiska enheten "Tesla" är uppkallade efter samma person. När elektroner flödar genom spolarna i en motor genererar de ett elektromagnetiskt fält som driver den motsatta magnetiska kraften, vilket får motorns axel att rotera med hjulen.
För bakhjulen på Teslas bilar tillhandahålls dessa krafter av motorer med permanentmagneter, ett märkligt material med ett stabilt magnetfält och ingen ströminmatning, tack vare elektronernas smarta rotation runt atomer. Tesla började först för ungefär fem år sedan lägga till dessa magneter i bilar, för att förlänga räckvidden och öka vridmomentet utan att uppgradera batteriet. Innan dess använde företaget induktionsmotorer tillverkade kring elektromagneter, som genererar magnetism genom att förbruka elektricitet. De modeller som är utrustade med frammotorer använder fortfarande detta läge.
Teslas beslut att överge sällsynta jordartsmetaller och magneter verkar lite märkligt. Bilföretag är ofta besatta av effektivitet, särskilt när det gäller elfordon, där de fortfarande försöker övertala förare att övervinna sin rädsla för räckvidd. Men i takt med att biltillverkarna börjar utöka produktionsskalan av elfordon dyker många projekt som tidigare ansågs vara för ineffektiva upp igen.
Detta har fått biltillverkare, inklusive Tesla, att producera fler bilar med litiumjärnfosfatbatterier (LFP). Jämfört med batterier som innehåller ämnen som kobolt och nickel har dessa modeller ofta kortare räckvidd. Detta är en äldre teknik med större vikt och lägre lagringskapacitet. För närvarande har Model 3, som drivs av låghastighetsmotorer, en räckvidd på cirka 438 kilometer, medan den fjärrstyrda Model S, utrustad med mer avancerade batterier, kan nå 640 kilometer. Att använda litiumjärnfosfatbatterier kan dock vara ett mer förnuftigt affärsval, eftersom man undviker användningen av dyrare och till och med politiskt riskabla material.
Det är dock osannolikt att Tesla helt enkelt kommer att ersätta magneter med något sämre, som ferrit, utan att göra några andra ändringar. Fysikern Alaina Vishna vid Uppsala universitet sa: ”Du kommer att bära med dig en enorm magnet i din bil. Lyckligtvis är elmotorer ganska komplexa maskiner med många andra komponenter som teoretiskt sett kan omorganiseras för att minska effekten av att använda svagare magneter.”
I datormodeller fastställde materialföretaget Proterial nyligen att många prestandaindikatorer för drivmotorer av sällsynta jordartsmetaller kan replikeras genom att noggrant placera ferritmagneter och justera andra aspekter av motordesignen. I det här fallet ökar motorns vikt bara med cirka 30 %, vilket kan vara en liten skillnad jämfört med bilens totalvikt.
Trots dessa huvudvärk har bilföretag fortfarande många skäl att överge sällsynta jordartsmetaller, förutsatt att de kan göra det. Värdet på hela marknaden för sällsynta jordartsmetaller liknar det på äggmarknaden i USA, och teoretiskt sett kan sällsynta jordartsmetaller brytas, bearbetas och omvandlas till magneter över hela världen, men i verkligheten innebär dessa processer många utmaningar.
Mineralanalytikern och den populära bloggaren inom observation av sällsynta jordartsmetaller, Thomas Krumer, sa: ”Det här är en industri på 10 miljarder dollar, men värdet av de produkter som skapas varje år varierar från 2 till 3 biljoner dollar, vilket är en enorm hävstång. Detsamma gäller bilar. Även om de bara innehåller några kilogram av detta ämne, innebär det att bilar inte längre kan köras om man inte är villig att designa om hela motorn genom att ta bort dem.
USA och Europa försöker diversifiera denna leveranskedja. De kaliforniska gruvorna för sällsynta jordartsmetaller, som stängdes i början av 2000-talet, har nyligen öppnats igen och levererar för närvarande 15 % av världens resurser av sällsynta jordartsmetaller. I USA behöver myndigheter (särskilt försvarsdepartementet) tillhandahålla kraftfulla magneter för utrustning som flygplan och satelliter, och de är entusiastiska över att investera i leveranskedjor både nationellt och i regioner som Japan och Europa. Men med tanke på kostnader, nödvändig teknik och miljöfrågor är detta en långsam process som kan pågå i flera år eller till och med årtionden.
Publiceringstid: 11 maj 2023