تسلا موتورز ممکن است جایگزین آهنرباهای کمیاب زمینی با فریت های کم کار کند

با توجه به زنجیره تامین و مسائل زیست محیطی، بخش پیشرانه تسلا سخت کار می کند تا آهنرباهای خاکی کمیاب را از موتورها حذف کند و به دنبال راه حل های جایگزین است.

تسلا هنوز یک ماده آهنربایی کاملاً جدید اختراع نکرده است، بنابراین ممکن است به فناوری موجود بسنده کند، به احتمال زیاد از فریت ارزان و آسان ساخته می شود.

با قرار دادن دقیق آهنرباهای فریت و تنظیم سایر جنبه های طراحی موتور، بسیاری از شاخص های عملکردزمین کمیابموتورهای درایو را می توان تکرار کرد. در این حالت وزن موتور تنها حدود 30 درصد افزایش می یابد که ممکن است تفاوت کمی در مقایسه با وزن کلی خودرو باشد.

4. مواد آهنربای جدید باید سه ویژگی اساسی زیر را داشته باشند: 1) آنها باید دارای خاصیت مغناطیسی باشند. 2) به حفظ مغناطیس در حضور میدان های مغناطیسی دیگر ادامه دهید. 3) می تواند دمای بالا را تحمل کند.

به گزارش Tencent Technology News، سازنده خودروهای الکتریکی تسلا اعلام کرده است که دیگر از عناصر خاکی کمیاب در موتور خودروهایش استفاده نخواهد شد و این بدان معناست که مهندسان تسلا باید خلاقیت خود را در یافتن راه حل های جایگزین به طور کامل آشکار کنند.

ماه گذشته، ایلان ماسک "بخش سوم طرح اصلی" را در رویداد روز سرمایه گذار تسلا منتشر کرد. در میان آنها، جزئیات کوچکی وجود دارد که باعث ایجاد شور و هیجان در زمینه فیزیک شده است. کالین کمپبل، یکی از مدیران ارشد بخش پیشرانه تسلا، اعلام کرد که تیمش به دلیل مشکلات زنجیره تامین و تاثیر منفی قابل توجه تولید آهنرباهای خاکی کمیاب، آهنرباهای خاکی کمیاب را از موتورها حذف می کند.

برای دستیابی به این هدف، کمپبل دو اسلاید شامل سه ماده مرموز را ارائه کرد که به صورت هوشمندانه با عنوان Rare Earth 1، Rare Earth 2 و Rare Earth 3 برچسب گذاری شده اند. اسلاید اول وضعیت فعلی تسلا را نشان می دهد، که در آن میزان خاک های کمیاب توسط شرکت در هر وسیله نقلیه استفاده شده است. از نیم کیلوگرم تا 10 گرم متغیر است. در اسلاید دوم، استفاده از تمام عناصر خاکی کمیاب به صفر کاهش یافته است.

برای مغناطیس شناسانی که قدرت جادویی ایجاد شده توسط حرکت الکترونیکی در مواد خاص را مطالعه می کنند، هویت خاکی کمیاب 1 به راحتی قابل تشخیص است که نئودیمیم است. هنگامی که این فلز به عناصر رایجی مانند آهن و بور اضافه می شود، می تواند به ایجاد یک میدان مغناطیسی قوی و همیشه روی آن کمک کند. اما مواد کمی این کیفیت را دارند و حتی عناصر کمیاب خاکی میدان های مغناطیسی تولید می کنند که می تواند خودروهای تسلا با وزن بیش از 2000 کیلوگرم و همچنین بسیاری از چیزهای دیگر از روبات های صنعتی گرفته تا جت های جنگنده را به حرکت درآورد. اگر تسلا قصد دارد نئودیمیم و دیگر عناصر خاکی کمیاب را از موتور حذف کند، به جای آن از کدام آهنربا استفاده خواهد کرد؟

برای فیزیکدانان، یک چیز مسلم است: تسلا نوع کاملا جدیدی از مواد مغناطیسی را اختراع نکرده است. اندی بلکبرن، معاون اجرایی استراتژی در NIron Magnets، گفت: "در بیش از 100 سال، ما ممکن است فرصت های کمی برای دستیابی به آهنرباهای تجاری جدید داشته باشیم." NIron Magnets یکی از معدود استارت آپ هایی است که سعی دارد از فرصت بعدی استفاده کند.

بلکبرن و دیگران بر این باورند که احتمال اینکه تسلا تصمیم گرفته باشد به یک آهنربای بسیار کم قدرت بسنده کند، بیشتر است. در میان بسیاری از احتمالات، بارزترین نامزد فریت است: سرامیکی متشکل از آهن و اکسیژن، مخلوط با مقدار کمی فلز مانند استرانسیم. هم ارزان است و هم ساخت آن آسان است و از دهه 1950 درب یخچال در سرتاسر دنیا به این روش ساخته می شود.

اما از نظر حجم، مغناطیس فریت تنها یک دهم آهنرباهای نئودیمیم است که سؤالات جدیدی را ایجاد می کند. ایلان ماسک، مدیرعامل تسلا، همیشه به سازش ناپذیر بودن شهرت داشته است، اما اگر قرار است تسلا به سمت فریت سوق پیدا کند، به نظر می رسد که باید امتیازاتی داده شود.

به راحتی می توان باور کرد که باتری ها قدرت وسایل نقلیه الکتریکی هستند، اما در واقعیت، این حرکت الکترومغناطیسی است که وسایل نقلیه الکتریکی را به حرکت در می آورد. تصادفی نیست که هر دو شرکت تسلا و واحد مغناطیسی "تسلا" به نام یک شخص نامگذاری شده اند. هنگامی که الکترون ها از طریق سیم پیچ های موتور جریان می یابند، میدان الکترومغناطیسی ایجاد می کنند که نیروی مغناطیسی مخالف را به حرکت در می آورد و باعث می شود شفت موتور با چرخ ها بچرخد.

برای چرخ های عقب خودروهای تسلا، این نیروها توسط موتورهایی با آهنرباهای دائمی، ماده ای عجیب با میدان مغناطیسی پایدار و بدون ورودی جریان، به لطف چرخش هوشمندانه الکترون ها به دور اتم ها، تامین می شود. تسلا تنها پنج سال پیش شروع به افزودن این آهن‌رباها به خودروها کرد تا بدون ارتقای باتری، برد را افزایش دهد و گشتاور را افزایش دهد. پیش از این، این شرکت از موتورهای القایی ساخته شده در اطراف آهنرباهای الکتریکی استفاده می کرد که با مصرف برق، مغناطیس تولید می کردند. مدل های مجهز به موتور جلو همچنان از این حالت استفاده می کنند.

حرکت تسلا برای کنار گذاشتن خاک های کمیاب و آهنرباها کمی عجیب به نظر می رسد. شرکت‌های خودروسازی اغلب در مورد کارایی وسواس زیادی دارند، به‌ویژه در مورد وسایل نقلیه برقی، جایی که هنوز در تلاش هستند رانندگان را متقاعد کنند که بر ترس خود از برد غلبه کنند. اما از آنجایی که خودروسازان شروع به گسترش مقیاس تولید خودروهای الکتریکی می کنند، بسیاری از پروژه ها که قبلاً بیش از حد ناکارآمد در نظر گرفته می شدند، دوباره ظاهر می شوند.

این امر باعث شده خودروسازان از جمله تسلا خودروهای بیشتری را با استفاده از باتری‌های لیتیوم آهن فسفات (LFP) تولید کنند. در مقایسه با باتری های حاوی عناصری مانند کبالت و نیکل، این مدل ها اغلب برد کمتری دارند. این یک فناوری قدیمی با وزن بیشتر و ظرفیت ذخیره سازی کمتر است. در حال حاضر، مدل 3 با قدرت کم سرعت دارای برد 272 مایل (تقریباً 438 کیلومتر) است، در حالی که مدل S از راه دور مجهز به باتری های پیشرفته تر می تواند به 400 مایل (640 کیلومتر) برسد. با این حال، استفاده از باتری لیتیوم آهن فسفات ممکن است یک انتخاب تجاری معقول‌تر باشد، زیرا از استفاده از مواد گران‌تر و حتی از نظر سیاسی پرخطر جلوگیری می‌کند.

با این حال، بعید است که تسلا به سادگی آهنرباها را با چیزی بدتر، مانند فریت، بدون هیچ تغییر دیگری جایگزین کند. آلینا ویشنا، فیزیکدان دانشگاه اوپسالا، گفت: "شما یک آهنربای بزرگ را در ماشین خود حمل خواهید کرد. خوشبختانه، موتورهای الکتریکی ماشین‌هایی کاملاً پیچیده با بسیاری از اجزای دیگر هستند که از نظر تئوری می‌توانند برای کاهش تأثیر استفاده از آهن‌رباهای ضعیف‌تر، مرتب شوند.

در مدل های کامپیوتری، شرکت مواد Proterial اخیراً مشخص کرده است که بسیاری از شاخص های عملکرد موتورهای محرک خاکی کمیاب را می توان با قرار دادن دقیق آهنرباهای فریت و تنظیم سایر جنبه های طراحی موتور تکرار کرد. در این حالت وزن موتور تنها حدود 30 درصد افزایش می یابد که ممکن است تفاوت کمی در مقایسه با وزن کلی خودرو باشد.

با وجود این دردسرها، شرکت های خودروسازی هنوز دلایل زیادی برای کنار گذاشتن عناصر کمیاب خاکی دارند، به شرطی که بتوانند این کار را انجام دهند. ارزش کل بازار خاکی کمیاب مشابه بازار تخم مرغ در ایالات متحده است و از نظر تئوری، عناصر خاکی کمیاب را می توان استخراج، پردازش و به آهنربا در سراسر جهان تبدیل کرد، اما در واقعیت، این فرآیندها چالش های زیادی را به همراه دارد.

توماس کرومر، تحلیلگر مواد معدنی و وبلاگ نویس مشهور رصد زمین های کمیاب، گفت: «این یک صنعت 10 میلیارد دلاری است، اما ارزش محصولات ایجاد شده در هر سال از 2 تریلیون دلار تا 3 تریلیون دلار متغیر است که اهرم بزرگی است. در مورد ماشین ها هم همینطور. حتی اگر آنها فقط حاوی چند کیلوگرم از این ماده باشند، حذف آنها به این معنی است که خودروها دیگر نمی توانند کار کنند مگر اینکه شما مایل به طراحی مجدد کل موتور باشید.

ایالات متحده و اروپا در تلاش هستند تا این زنجیره تامین را متنوع کنند. معادن خاک کمیاب کالیفرنیا که در اوایل قرن بیست و یکم بسته شدند، اخیراً بازگشایی شده اند و در حال حاضر 15 درصد از منابع خاکی کمیاب جهان را تامین می کنند. در ایالات متحده، سازمان های دولتی (به ویژه وزارت دفاع) باید آهنرباهای قدرتمندی را برای تجهیزاتی مانند هواپیماها و ماهواره ها تهیه کنند و آنها مشتاق سرمایه گذاری در زنجیره های تامین داخلی و در مناطقی مانند ژاپن و اروپا هستند. اما با در نظر گرفتن هزینه، فناوری مورد نیاز و مسائل زیست محیطی، این یک روند کند است که می تواند چندین سال یا حتی چند دهه ادامه داشته باشد.