چهار جهت اصلی کاربرد عناصر خاکی کمیاب در وسایل نقلیه انرژی جدید

در سال‌های اخیر، عبارت «عناصر خاکی کمیاب«»، «وسایل نقلیه انرژی جدید» و «توسعه یکپارچه» به طور فزاینده‌ای در رسانه‌ها ظاهر می‌شوند. چرا؟ این امر عمدتاً به دلیل توجه روزافزون کشور به توسعه صنایع حفاظت از محیط زیست و صرفه‌جویی در انرژی و پتانسیل عظیم برای ادغام و توسعه عناصر خاکی کمیاب در زمینه وسایل نقلیه انرژی جدید است. چهار جهت اصلی کاربرد عناصر خاکی کمیاب در وسایل نقلیه انرژی جدید چیست؟

△ موتور آهنربای دائمی از جنس خاک کمیاب

I

موتور آهنربای دائمی از جنس خاک کمیاب

موتور آهنربای دائم عناصر خاکی کمیاب نوع جدیدی از موتور آهنربای دائم است که در اوایل دهه 1970 ظهور کرد. اصول کار آن مشابه موتور سنکرون با تحریک الکتریکی است، با این تفاوت که در موتور اول از یک آهنربای دائم برای جایگزینی سیم‌پیچ تحریک برای تحریک استفاده می‌شود. در مقایسه با موتورهای تحریک الکتریکی سنتی، موتورهای آهنربای دائم عناصر خاکی کمیاب مزایای قابل توجهی مانند ساختار ساده، عملکرد قابل اعتماد، اندازه کوچک، وزن سبک، تلفات کم و راندمان بالا دارند. علاوه بر این، شکل و اندازه موتور را می‌توان به صورت انعطاف‌پذیر طراحی کرد که آن را در زمینه وسایل نقلیه با انرژی جدید بسیار ارزشمند می‌کند. موتورهای آهنربای دائم عناصر خاکی کمیاب در خودروها عمدتاً انرژی الکتریکی باتری برق را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنند و چرخ طیار موتور را برای چرخش و روشن کردن موتور به حرکت در می‌آورند.
II

باتری با قدرت عناصر کمیاب

عناصر خاکی کمیاب نه تنها می‌توانند در تهیه مواد الکترود رایج فعلی برای باتری‌های لیتیومی نقش داشته باشند، بلکه به عنوان مواد اولیه برای تهیه الکترودهای مثبت برای باتری‌های سرب-اسید یا باتری‌های نیکل-هیدرید فلز نیز عمل می‌کنند.

باتری لیتیومی: به دلیل افزودن عناصر خاکی کمیاب، پایداری ساختاری ماده تا حد زیادی تضمین شده است و کانال‌های سه‌بعدی برای مهاجرت فعال یون لیتیوم نیز تا حدی گسترش یافته‌اند. این امر باتری لیتیوم-یونی آماده‌شده را قادر می‌سازد تا پایداری شارژ بالاتر، برگشت‌پذیری چرخه الکتروشیمیایی و عمر چرخه طولانی‌تری داشته باشد.

باتری سرب اسیدی: تحقیقات داخلی نشان می‌دهد که افزودن عناصر خاکی کمیاب به بهبود استحکام کششی، سختی، مقاومت در برابر خوردگی و آزاد شدن اکسیژن منجر می‌شود. اضافه پتانسیل آلیاژ پایه سرب صفحه الکترود. افزودن عناصر خاکی کمیاب به جزء فعال می‌تواند آزادسازی اکسیژن مثبت را کاهش دهد، میزان استفاده از ماده فعال مثبت را بهبود بخشد و در نتیجه عملکرد و عمر باتری را بهبود بخشد.

باتری نیکل-هیدرید فلز: باتری نیکل-هیدرید فلز مزایایی مانند ظرفیت ویژه بالا، جریان بالا، عملکرد خوب در تخلیه شارژ و عدم آلودگی را دارد، بنابراین به آن "باتری سبز" گفته می‌شود و به طور گسترده در خودرو، الکترونیک و سایر زمینه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. به منظور حفظ ویژگی‌های عالی تخلیه با سرعت بالا در باتری نیکل-هیدرید فلز و در عین حال جلوگیری از کاهش طول عمر آن، ثبت اختراع ژاپنی JP2004127549 نشان می‌دهد که کاتد باتری می‌تواند از آلیاژ ذخیره هیدروژن بر پایه منیزیم و نیکل از خاک کمیاب تشکیل شود.

△ وسایل نقلیه انرژی جدید

سوم

کاتالیزورها در مبدل‌های کاتالیزوری سه‌تایی

همانطور که به خوبی شناخته شده است، همه وسایل نقلیه انرژی جدید نمی‌توانند به میزان انتشار صفر برسند، مانند وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی و وسایل نقلیه الکتریکی قابل برنامه‌ریزی که در حین استفاده مقدار مشخصی از مواد سمی را آزاد می‌کنند. به منظور کاهش انتشار گازهای خروجی اگزوز خودرو، برخی از وسایل نقلیه مجبور به نصب مبدل‌های کاتالیزوری سه‌گانه هنگام خروج از کارخانه می‌شوند. هنگامی که اگزوز خودرو با دمای بالا از آن عبور می‌کند، مبدل‌های کاتالیزوری سه‌گانه فعالیت CO، HC و NOx را در Go از طریق عامل تصفیه داخلی افزایش می‌دهند، به طوری که می‌توانند Redox را کامل کرده و گازهای بی‌ضرر تولید کنند که برای حفاظت از محیط زیست مفید است.

جزء اصلی کاتالیزور سه‌تایی، عناصر خاکی کمیاب است که نقش کلیدی در ذخیره‌سازی مواد، جایگزینی برخی از کاتالیزورهای اصلی و کمک کاتالیزوری دارند. خاک کمیاب مورد استفاده در کاتالیزور تصفیه گاز زائد، عمدتاً مخلوطی از اکسید سریم، اکسید پراسئودیمیوم و اکسید لانتانیم است که در چین سرشار از مواد معدنی خاکی کمیاب هستند.

 
IV

مواد سرامیکی در حسگرهای اکسیژن

عناصر خاکی کمیاب به دلیل ساختار الکترونیکی منحصر به فرد خود، عملکردهای ذخیره‌سازی اکسیژن منحصر به فردی دارند و اغلب در تهیه مواد سرامیکی برای حسگرهای اکسیژن در سیستم‌های تزریق سوخت الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند و در نتیجه عملکرد کاتالیزوری بهتری ایجاد می‌کنند. سیستم تزریق سوخت الکترونیکی یک دستگاه تزریق سوخت پیشرفته است که توسط موتورهای بنزینی بدون کاربراتور به کار گرفته می‌شود و عمدتاً از سه بخش اصلی تشکیل شده است: سیستم هوا، سیستم سوخت و سیستم کنترل.

علاوه بر این، عناصر کمیاب خاکی کاربردهای وسیعی نیز در قطعاتی مانند چرخ دنده، لاستیک و فولاد بدنه دارند. می‌توان گفت که عناصر کمیاب خاکی از عناصر ضروری در حوزه خودروهای انرژی نو هستند.