Поради проблеми с веригата за доставки и околната среда, отделът за силови агрегати на Tesla работи усилено за премахване на редкоземни магнити от двигателите и търси алтернативни решения.
Тесла все още не е изобретила напълно нов магнитен материал, така че може да се справи със съществуващата технология, най-вероятно използвайки евтин и лесно произвеждащ се ферит.
Чрез внимателно позициониране на феритни магнити и регулиране на други аспекти на дизайна на двигателя, много показатели за производителнострядкоземниЗадвижващите двигатели могат да бъдат възпроизведени. В този случай теглото на двигателя се увеличава само с около 30%, което може да е малка разлика в сравнение с общото тегло на автомобила.
4. Новите магнитни материали трябва да притежават следните три основни характеристики: 1) да притежават магнетизъм; 2) да запазват магнетизма си в присъствието на други магнитни полета; 3) да издържат на високи температури.
Според Tencent Technology News, производителят на електрически превозни средства Tesla е заявил, че редкоземните елементи вече няма да се използват в автомобилните му двигатели, което означава, че инженерите на Tesla ще трябва да разгърнат напълно креативността си в намирането на алтернативни решения.
Миналия месец Илон Мъск представи „Третата част от Генералния план“ на събитието „Ден на инвеститорите на Tesla“. Сред тях има малък детайл, който предизвика сензация в областта на физиката. Колин Кембъл, висш изпълнителен директор в отдела за силови агрегати на Tesla, обяви, че екипът му премахва редкоземните магнити от двигателите поради проблеми с веригата за доставки и значителното отрицателно въздействие от производството на редкоземни магнити.
За да постигне тази цел, Кембъл представи два слайда, включващи три мистериозни материала, хитроумно обозначени като редкоземни елементи 1, редкоземни елементи 2 и редкоземни елементи 3. Първият слайд представя текущата ситуация на Tesla, където количеството редкоземни елементи, използвани от компанията във всяко превозно средство, варира от половин килограм до 10 грама. На втория слайд използването на всички редкоземни елементи е намалено до нула.
За магнитолозите, които изучават магическата сила, генерирана от електронното движение в определени материали, идентичността на редкоземния елемент 1 е лесно разпознаваема, а именно неодим. Когато се добави към често срещани елементи като желязо и бор, този метал може да помогне за създаването на силно, постоянно включено магнитно поле. Но малко материали притежават това качество и още по-малко редкоземни елементи генерират магнитни полета, които могат да движат автомобили Tesla с тегло над 2000 килограма, както и много други неща - от промишлени роботи до изтребители. Ако Tesla планира да премахне неодима и други редкоземни елементи от двигателя, кой магнит ще използва вместо това?
За физиците едно е сигурно: Тесла не е изобретил напълно нов вид магнитен материал. Анди Блекбърн, изпълнителен вицепрезидент по стратегията в NIron Magnets, каза: „След повече от 100 години може да имаме само няколко възможности да придобием нови бизнес магнити.“ NIron Magnets е един от малкото стартиращи компании, които се опитват да се възползват от следващата възможност.
Блекбърн и други смятат, че е по-вероятно Тесла да е решил да се задоволи с много по-малко мощен магнит. Сред многото възможности най-очевидният кандидат е феритът: керамика, съставена от желязо и кислород, смесени с малко количество метал като стронций. Той е едновременно евтин и лесен за производство и от 50-те години на миналия век вратите на хладилници по целия свят се произвеждат по този начин.
Но по отношение на обема, магнетизмът на ферита е само една десета от този на неодимовите магнити, което повдига нови въпроси. Главният изпълнителен директор на Tesla Илон Мъск винаги е бил известен с безкомпромисността си, но ако Tesla ще премине към ферит, изглежда, че трябва да се направят някои отстъпки.
Лесно е да се повярва, че батериите са силата на електрическите превозни средства, но в действителност електромагнитното задвижване е това, което ги задвижва. Не е случайно, че както компанията Tesla, така и магнитният агрегат „Tesla“ са кръстени на един и същ човек. Когато електроните преминават през намотките в двигател, те генерират електромагнитно поле, което задвижва противоположната магнитна сила, карайки вала на двигателя да се върти заедно с колелата.
За задните колела на автомобилите Tesla тези сили се осигуряват от двигатели с постоянни магнити, странен материал със стабилно магнитно поле и без входен ток, благодарение на интелигентното въртене на електрони около атомите. Tesla започна да добавя тези магнити към автомобилите си едва преди около пет години, за да удължи пробега и да увеличи въртящия момент, без да обновява батерията. Преди това компанията използваше индукционни двигатели, произведени около електромагнити, които генерират магнетизъм, като консумират електричество. Моделите, оборудвани с предни двигатели, все още използват този режим.
Ходът на Tesla да се откаже от редкоземните елементи и магнитите изглежда малко странен. Автомобилните компании често са обсебени от ефективността, особено в случая с електрическите превозни средства, където все още се опитват да убедят шофьорите да преодолеят страха си от пробега. Но тъй като производителите на автомобили започват да разширяват мащаба на производство на електрически превозни средства, много проекти, които преди това са били смятани за твърде неефективни, се появяват отново.
Това накара производителите на автомобили, включително Tesla, да произвеждат повече автомобили, използващи литиево-железен фосфат (LFP) батерии. В сравнение с батериите, съдържащи елементи като кобалт и никел, тези модели често имат по-кратък пробег. Това е по-стара технология с по-голямо тегло и по-малък капацитет за съхранение. В момента Model 3, задвижван от нискоскоростна енергия, има пробег от 272 мили (приблизително 438 километра), докато Model S с дистанционно управление, оборудван с по-модерни батерии, може да достигне 400 мили (640 километра). Използването на литиево-железен фосфатен акумулатор обаче може да е по-разумен бизнес избор, тъй като избягва използването на по-скъпи и дори политически рискови материали.
Въпреки това, е малко вероятно Tesla просто да замени магнитите с нещо по-лошо, като например ферит, без да направи други промени. Физикът от университета в Упсала Алайна Вишна каза: „Ще носите огромен магнит в колата си. За щастие, електродвигателите са доста сложни машини с много други компоненти, които теоретично могат да бъдат пренаредени, за да се намали въздействието от използването на по-слаби магнити.“
В компютърни модели, компанията за материали Proterial наскоро установи, че много показатели за производителност на двигатели с редкоземни елементи могат да бъдат възпроизведени чрез внимателно позициониране на феритни магнити и коригиране на други аспекти на дизайна на двигателя. В този случай теглото на двигателя се увеличава само с около 30%, което може да е малка разлика в сравнение с общото тегло на автомобила.
Въпреки тези главоболия, автомобилните компании все още имат много причини да се откажат от редкоземните елементи, стига да могат да го направят. Стойността на целия пазар на редкоземни елементи е подобна на тази на пазара на яйца в Съединените щати и теоретично редкоземните елементи могат да бъдат добивани, обработвани и превръщани в магнити по целия свят, но в действителност тези процеси представляват много предизвикателства.
Томас Крумер, анализатор на минерали и популярен блогър за наблюдение на редки земни елементи, каза: „Това е индустрия за 10 милиарда долара, но стойността на продуктите, създавани всяка година, варира от 2 до 3 трилиона долара, което е огромен лост. Същото важи и за автомобилите. Дори да съдържат само няколко килограма от това вещество, премахването им означава, че автомобилите вече не могат да се движат, освен ако не сте готови да препроектирате целия двигател.“
Съединените щати и Европа се опитват да диверсифицират тази верига за доставки. Калифорнийските мини за редкоземни елементи, които бяха затворени в началото на 21-ви век, наскоро отвориха отново и в момента доставят 15% от световните ресурси за редкоземни елементи. В Съединените щати правителствените агенции (особено Министерството на отбраната) трябва да осигурят мощни магнити за оборудване като самолети и сателити и са ентусиазирани да инвестират във вериги за доставки на местно ниво и в региони като Япония и Европа. Но като се имат предвид разходите, необходимите технологии и екологичните проблеми, това е бавен процес, който може да продължи няколко години или дори десетилетия.
Време на публикуване: 11 май 2023 г.