Tesla heeft vandaag op zijn investeerdersdag aangekondigd dat het bedrijf een zeldzame-aarde-vrije elektrische voertuigmotor met permanente magneet gaat bouwen.
Zeldzame aardmetalen zijn een twistpunt in de toeleveringsketen van elektrische voertuigen, omdat de voorraden moeilijk veilig te stellen zijn en een groot deel van de wereldproductie in China wordt gemaakt of verwerkt.
Dit is om verschillende redenen belangrijk, niet in de laatste plaats vanwege de huidige drang van de regering-Biden om materialen te produceren voor componenten voor huishoudelijke elektrische voertuigen.
Er zijn echter veel misvattingen over wat REE is en hoeveel REE wordt gebruikt in elektrische voertuigen.In feite bevatten lithium-ionbatterijen over het algemeen geen zeldzame aardmetalen (hoewel ze wel andere "kritieke mineralen" bevatten, zoals gedefinieerd door de Inflation Reduction Act).
In het periodiek systeem zijn "zeldzame aardmetalen" de rood gemarkeerde elementen in het onderstaande diagram - de lanthaniden, evenals scandium en yttrium.In feite zijn ze ook niet bijzonder zeldzaam, met neodymium voor ongeveer tweederde van het kopergehalte.
Zeldzame aardelementen in elektrische voertuigen worden gebruikt in motoren van elektrische voertuigen, niet in batterijen.De meest gebruikte is neodymium, een krachtige magneet die wordt gebruikt in luidsprekers, harde schijven en elektromotoren.Dysprosium en terbium zijn veelgebruikte additieven voor neodymiummagneten.
Ook gebruiken niet alle soorten elektrische voertuigmotoren REE's - Tesla gebruikt ze in zijn DC-motoren met permanente magneet, maar niet in zijn AC-inductiemotoren.
Aanvankelijk gebruikte Tesla AC-inductiemotoren in zijn voertuigen, waarvoor geen zeldzame aardmetalen nodig waren.Dit is eigenlijk waar de naam van het bedrijf vandaan kwam - Nikola Tesla was de uitvinder van de AC-inductiemotor.Maar toen Model 3 uitkwam, introduceerde het bedrijf een nieuwe motor met permanente magneet en begon deze uiteindelijk in andere voertuigen te gebruiken.
Tesla zei vandaag dat het de hoeveelheid zeldzame aardmetalen die in deze nieuwe Model 3-aandrijflijnen wordt gebruikt, tussen 2017 en 2022 met 25% heeft kunnen verminderen dankzij een verbeterde aandrijflijnefficiëntie.
Maar nu lijkt het erop dat Tesla het beste van twee werelden probeert te krijgen: een permanentmagneetmotor maar geen zeldzame aardmetalen.
Het belangrijkste alternatief voor NdFeB voor permanente magneten is eenvoudig ferriet (ijzeroxide, meestal met toevoegingen van barium of strontium).U kunt permanente magneten altijd sterker maken door meer magneten te gebruiken, maar de ruimte in de motorrotor is beperkt en NdFeBB kan met minder materiaal voor meer magnetisatie zorgen.Andere permanente magneetmaterialen op de markt zijn onder meer AlNiCo (AlNiCo), dat goed presteert bij hoge temperaturen maar gemakkelijk magnetisatie verliest, en Samarium Cobalt, een andere zeldzame-aardemagneet vergelijkbaar met NdFeB maar beter bij hoge temperaturen.Er wordt momenteel onderzoek gedaan naar een aantal alternatieve materialen, voornamelijk gericht op het overbruggen van de kloof tussen ferrieten en zeldzame aardmetalen, maar dit bevindt zich nog in het laboratorium en nog niet in productie.
Ik vermoed dat Tesla een manier heeft gevonden om een rotor met een ferrietmagneet te gebruiken.Als ze het REE-gehalte verminderden, betekende dat dat ze het aantal permanente magneten in de rotor verminderden.Ik wed dat ze besloten om minder dan gebruikelijke flux uit een groot stuk ferriet te halen in plaats van een klein stukje NdFeB.Ik kan het mis hebben, misschien hebben ze op experimentele schaal een alternatief materiaal gebruikt.Maar dat lijkt mij onwaarschijnlijk – Tesla streeft naar massaproductie, wat in feite zeldzame aardmetalen of ferrieten betekent.
Tijdens de presentatie op de beleggersdag liet Tesla een dia zien waarin het huidige gebruik van zeldzame aardmetalen in de permanente magneetmotor van Model Y werd vergeleken met een potentiële motor van de volgende generatie:
Tesla specificeerde niet welke elementen het gebruikte, mogelijk in de overtuiging dat de informatie een handelsgeheim was dat het niet wilde onthullen.Maar het eerste cijfer kan neodymium zijn, de rest kan dysprosium en terbium zijn.
Wat toekomstige motoren betreft, daar zijn we niet echt zeker van.De grafische afbeeldingen van Tesla suggereren dat de motor van de volgende generatie een permanente magneet zal bevatten, maar dat die magneet geen zeldzame aardmetalen zal gebruiken.
Op neodymium gebaseerde permanente magneten zijn al geruime tijd de standaard voor dergelijke toepassingen, maar het afgelopen decennium zijn andere potentiële materialen onderzocht om deze te vervangen.Hoewel Tesla niet heeft gespecificeerd welke het van plan is te gebruiken, lijkt het erop dat het op het punt staat een beslissing te nemen - of in ieder geval een kans ziet om in de nabije toekomst een betere oplossing te vinden.
Jameson rijdt sinds 2009 in elektrische voertuigen en schrijft sinds 2016 over elektrische voertuigen en schone energie voor electrok.co.
Posttijd: 08-03-2023