Agrandar / recocido imanes de neodimio hierro boro se sientan en un barril antes de ser triturado en polvo en Neo Material Technologies Inc. de la fábrica Magnequench Tianjin Co. en Tianjin, China, en Viernes 11 de junio de 2010. Fotógrafo: Doug Kanter / Bloomberg vía Getty Images. Getty Images
Toyota dice que ha inventeda un nuevo imán para alta energía aplicaciones como motores eléctricos que usan una fracción de cantidad de neodimio (un elemento de tierras raras) de un hierro estándar, boro, imán de neodimio (NdFeB).
Otras lecturas
Toyota en “ingeniería de producción” para una batería de estado sólido, WSJ dice que los imanes de tierras raras se usan en muchos vehículos híbridos, algunos vehículos totalmente eléctricos y en otras aplicaciones como turbinas eólicas y robótica.
Aunque “raro” es un poco inapropiado para un material como neodimio (la alta demanda ha llevado a una producción relativamente alta volúmenes), Toyota señala que “hay preocupaciones de que la escasez desarrollarse como vehículos electrificados, incluidos híbridos y baterías vehículos eléctricos, se vuelven cada vez más populares en el futuro “. La preocupación se agrava por la concentración de la minería de tierras raras: aunque se han hecho intentos para extraer metales de tierras raras en el Estados Unidos y otras partes del mundo, una preponderancia de tierras raras La minería ocurre en China. Ese país amenazó con dejar de exportar neodimio y otras tierras raras en 2011, que enviaron precios para el Alza de metales. Si China usara el acceso a tierras raras como herramienta geopolítica nuevamente, podría impactar significativamente a las empresas como Toyota que depende de tierras raras para construir productos emblemáticos como el Prius
El nuevo imán desarrollado por Toyota también utiliza noterbio o disprosio, que se puede agregar al neodimio para mejorar su operabilidad a altas temperaturas, por encima de 100 grados centígrados (212 grados Fahrenheit). (De hecho, la consultora minera Roskill señala que pocos los fabricantes de automóviles ya usan terbio en imanes, aunque el disprosio es todavía se agrega comúnmente a los imanes con neodimio).
�Qué hacen estos imanes?
Los imanes NdFeB pueden producir un fuerte campo magnético en Pequeños volúmenes. Cuando se combina con disprosio, los imanes de NdFeB tienen un alto coercitividad, es decir, “la capacidad de resistir la desmagnetización una vez magnetizado “, según un documento de 2015 de Sustainable Materiales y tecnologías.
En un motor de automóvil de CA con imán permanente (PM), los imanes NdFeB a menudo son incrustado en el rotor. Cuando los devanados de alambre en el estator están electrificado, la atracción magnética hace que el rotor gire. Inotros diseños, los imanes se pueden incrustar en el estator o el Los imanes se pueden organizar para trabajar con un campo magnético de CC. Por contraste, los motores de inducción (que son mucho más comunes) no usan imanes y dependen de la corriente que fluye a través de los devanados del estator para inducir un campo magnético, que conduce a la rotación de la rotor.
Como puede imaginar, hay varias compensaciones entre PM motores y motores de inducción sin imán. Roskill toma nota de PM los sistemas tienden a ser más livianos y pequeños, ya que pueden confiar en NdFeB imán dentro de ellos para un campo magnético constante. Más los vehículos híbridos (HEV) usan sistemas PM: con un sistema híbrido usted necesita una batería y un motor de combustión interna, por lo que reduce El tamaño del motor es primordial. (El fabricante de componentes Bosch tiene También trabajé en sistemas de construcción que usan motores de inducción y motores de imanes permanentes en el mismo producto, para delantero y trasero ejes, por ejemplo).
Tesla evitó los imanes en su Modelo S y Modelo X vehículos, optando por un sistema de inducción de cobre más pesado. Pero el Según los informes, el Modelo 3 usa un sistema de MP, probablemente porque los imanes economizar espacio y peso (que puede afectar el rango de la batería), y Tales motores tienden a tener una mejor aceleración. El Chevy Bolt también utiliza un imán a base de neodimio, dice Roskill.
�Qué hay en este nuevo imán?
En lugar de neodimio o disprosio, el imán usa metales de tierras raras menos costosos, lantano y cerio. Ciertamente, Esto no elimina muchos de los problemas con el neodimio: el lantano y el cerio todavía se extraen predominantemente en China y, como con la mayoría de las tierras raras, pueden ser ambientalmente destructivas para Produce. Pero Reuters señala que si bien el neodimio cuesta alrededor de $ 100 por kg y disprosio cuesta alrededor de $ 400 por kg, lantano y cerio cuesta alrededor de $ 5 a $ 7 por kg. Idealmente, podría resultar un imán más barato en vehículos híbridos y totalmente eléctricos más baratos.
Agrandar / En lugar de imanes con una concentración uniforme de neodimio, Los imanes de Toyota concentran neodimio alrededor de los bordes del imán. Toyota
Toyota utilizó algunos trucos para reducir su uso de neodimio. los la compañía dice que simplemente reemplazar el neodimio en un imán El anlantánum y el cerio dan como resultado un imán por debajo del par con coercitividad reducida y resistencia al calor reducida, lo que significa motor El rendimiento sufrirá. En cambio, la compañía compuso el imán para que la mayoría de los granos de lantano y cerio fueran internos a el imán, y la mayoría de los granos de neodimio estaban en el fuera de.
El fabricante de automóviles también redujo el tamaño de grano de los metales en el magnet. Esta ha sido una vía de investigación durante algún tiempo: el 2015 El documento de Materiales y Tecnologías Sostenibles señaló que encontrar un manera de reducir de manera confiable el tamaño de grano de los componentes de tierras raras Los imanes podrían aumentar la energía magnética almacenada en un imán. Al parecer, Toyota también estaba siguiendo ese camino. Sus investigadores fueron capaz de reducir el tamaño de grano de los componentes de sus imanes a una décima parte de lo que se usa en los imanes estándar.
Estas técnicas de fabricación permiten que Toyota pierda de 20 a 50 por ciento del neodimio necesario para hacer un imán de NdFeB sin perdiendo rendimiento o coercitividad. Reuters señala que eléctrico Es probable que los imanes de los vehículos solo puedan aprovechar extremo bajo de eso, pero eliminando el 20 por ciento del neodimio que La necesidad de un imán de vehículo también es buena.
Por ahora, el diseño es preliminar, y Toyota dice que necesita realizar más investigaciones antes de agregar estos imanes avanzados en su coches. A principios de la década de 2020, la compañía espera usar los imanes en sistemas de dirección asistida, y luego espera pasar a un uso más amplio en motores de vehículos eléctricos dentro de la década.
Toyota ha sido pionero en el mercado de vehículos híbridos, pero ha sido más vacilante al lanzar vehículos totalmente eléctricos al mercado. Sin embargo, según todos los informes, sus investigadores han estado buscando formas hacer vehículos eléctricos de vanguardia. La compañía anunció en verano 2017 que estuvo en “ingeniería de producción” por un batería de estado sólido, que en teoría sería más ligera, más pequeña, y tener un mejor rango de temperaturas de operación que el baterías que vemos hoy en Teslas, Nissans y Chevys.
