Tesla tuyên bố sẽ phát triển động cơ xe điện nam châm vĩnh cửu không đất hiếm

Do khó khăn trong việc có được nguồn cung cấp và thực tế là Trung Quốc chiếm phần lớn sản lượng đất hiếm toàn cầu, các nguyên tố đất hiếm hiện đang là nguồn xung đột tiềm năng trong chuỗi cung ứng vật liệu cho xe điện.

Việc giảm thiểu đến mức không sử dụng các nguyên tố đất hiếm trở nên rất quan trọng do Chính quyền tổng thống Joe Biden đang khuyến khích sử dụng nguyên vật liệu trong nước để sản xuất linh kiện ô tô điện. Đây là một trong những yếu tố mà xe điện (EV) được hưởng tín dụng thuế 7.000 USD.

Có rất nhiều hiểu biết sai lầm về nguyên tố đất hiếm là gì và có bao nhiêu trong số những nguyên tố đất hiếm được sử dụng trong xe điện. Trên thực tế, những nguyên tố đất hiếm thường không được sử dụng trong pin lithium-ion, mặc dù pin có chứa các “khoáng chất quan trọng” khác, được định nghĩa trong Đạo luật Giảm lạm phát.

Động cơ xe điện (EV) sử dụng nhiều các nguyên tố đất hiếm chứ không phải pin EV. Phổ biến nhất là neodymium, được sử dụng để tạo nam châm mạnh cho động cơ điện, đĩa phanh và loa. Nam châm neodymium thường chứa các chất bổ sung từ dysprosi và terbi.

Ngoài ra, không phải tất cả các động cơ EV đều sử dụng các nguyên tố đất hiếm, Tesla sử dụng đất hiếm trong động cơ nam châm vĩnh cửu DC nhưng không sử dụng trong động cơ cảm ứng AC.

Các phương tiện của Tesla ban đầu được cung cấp động lực từ động cơ cảm ứng AC, loại động cơ không yêu cầu các nguyên tố đất hiếm. Nikola Tesla, người đã tạo ra động cơ cảm ứng AC, chính xác đã được đặt tên cho công ty. Nhưng khi phiên bản Model 3 được ra mắt, công ty đã giới thiệu một động cơ nam châm vĩnh cửu hoàn toàn mới, sau đó những động cơ này được sử dụng trong tất cả các phương tiện khác doanh nghiệp.

Ngày 9/3, Tesla thông báo, bằng giải pháp tăng cường hiệu quả của hệ thống truyền lực, được nghiên cứu và hoàn thiện trong 5 năm qua, hãng đã có thể cắt giảm 25% sử dụng các nguyên tố đất hiếm trong các bộ phận truyền động phiên bản xe Model 3 mới.

Hiện nay, Tesla đang cố gắng kết hợp những gì tốt nhất của cả hai nguyên tắc chế tạo hệ thống truyền động bằng phương pháp sử dụng một động cơ nam châm vĩnh cửu không có các nguyên tố đất hiếm.

Trong buổi thuyết trình Ngày Nhà đầu tư, Tesla đã chiếu một slide so sánh việc sử dụng đất hiếm hiện nay trong động cơ nam châm vĩnh cửu Model Y với một động cơ tiềm năng thế hệ tiếp theo không sử dụng đất hiếm.

Tesla không nói cụ thể về những yếu tố mà nó sử dụng, có lẽ coi thông tin đó là một bí mật thương mại mà nó không muốn tiết lộ. Nhưng số đầu tiên có khả năng là Neodymium, và những số khác có thể là Dysprosium và Terbium.

Tesla cho biết, đối với động cơ thế hệ tiếp theo sẽ bao gồm một nam châm vĩnh cửu, nhưng không sử dụng các nguyên tố đất hiếm.

Theo các chuyên gia cơ khí về chế tạo động cơ điện, giải pháp thay thế chính cho hợp chất borua sắt neođim làm nam châm vĩnh cửu là ferit đơn giản (oxit sắt điển hình với các chất phụ gia bari hoặc stronti). Có thể sử dụng nhiều nam châm để từ tính đáp ứng yêu cầu của động cơ nhưng không gian bên trong roto động cơ hạn chế và borua sắt neodymium mang lại khả năng từ hóa cao hơn với một lượng vật liệu nhỏ hơn.

Các vật liệu nam châm vĩnh cửu khác trên thị trường bao gồm hợp kim nhôm-niken-coban, hoạt động tốt ở nhiệt độ cao nhưng dễ bị mất từ ​​tính và samarium coban, nam châm đất hiếm khác, hoạt động ở nhiệt độ cao tốt hơn. Nghiên cứu đang được tiến hành đối với nhiều loại vật liệu thay thế, chủ yếu nhằm vào khoảng giữa ferit và đất hiếm, nhưng chỉ được thực hiện trong phòng thí nghiệm, chưa được mở rộng trong thực tế.

Nam châm vĩnh cửu sử dụng neodymium là tiêu chuẩn cho các ứng dụng quan trọng như động cơ điện, nhưng nhiều nghiên cứu trong thập kỷ qua xem xét các vật liệu tiềm năng khác có thể thay thế. Dù Tesla chưa làm rõ phương thức thay thế, nhưng tuyên bố này cho thấy, có thể Tesla đã thấy khả năng tìm được giải pháp giải pháp tốt hơn cho những loại xe trong tương lai.

Theo Engineering Interesting