Silniki elektryczne Toyoty będą tańsze

Magnesy trwałe stosowane w silnikach elektrycznych, wykorzystywanych w pojazdach, muszą mieć dużą zdolność do zachowania namagnesowania (koercją), nawet w wysokich temperaturach. Dlatego około 30 procent ich składu stanowią metale ziem rzadkich.

Gdy silne magnesy neodymowe mają pracować w wysokiej temperaturze, co ma miejsce w przypadku silników dla pojazdów, skład magnesów wzbogaca się o terb i dysproz, co poprawia koercję w wysokich temperaturach. Jednak te dwa pierwiastki są trudno dostępne i drogie, dlatego rozpoczęto intensywne badania nad stworzeniem magnesów niewykorzystujących tych metali, które właśnie zakończyły się sukcesem.

Nowy magnes, opracowany przez inżynierów Toyoty, zawiera znacznie mniej neodymu - metalu ziem rzadkich, który zastąpiono lantanem i cerem. Technologia Toyoty pozwala również całkowicie zrezygnować w produkcji magnesów z lantanowców ciężkich – dysprozu i terbu.

Neodym ma istotne znaczenie dla zapewnienia dużej koercji (zdolności utrzymywania namagnesowania) oraz odporności na wysokie temperatury. Dotychczasowe eksperymenty ze zmniejszeniem zawartości neodymu i zastąpienie go lantanem i cerem prowadziły do pogorszenia parametrów silnika elektrycznego.

W związku z tym Toyota zastosowała nowe rozwiązania, które zapobiegają zmniejszeniu koercji i zapewniają odporność na wysokie temperatury przy redukcji ilości neodymu. Tak powstał magnes o odporności na ciepło takiej samej, jak w przypadku konwencjonalnych magnesów neodymowych, przy zawartości neodymu mniejszej nawet o 50 procent.

Nowy magnes Toyoty nie wykorzystuje także terbu (Tb) ani dysprozu (Dy), które są również metalami ziem rzadkich, zaliczanymi do surowców trudno dostępnych, o dużym znaczeniu do gospodarki, a które są używane w innych magnesach odpornych na wysoką temperaturę. Część neodymu zastąpiono lantanem (La) i cerem (Ce), które są tańszymi metalami ziem rzadkich, zmniejszając w ten sposób zapotrzebowanie na neodym przy produkcji silników elektrycznych.

Nowy rodzaj magnesu ma przyczynić się do szerszego wykorzystania silników elektrycznych w różnych zastosowaniach, takich jak motoryzacja i robotyka, a także pomoże zachować równowagę między podażą i popytem na rynku cennych metali ziem rzadkich.

Światowa produkcja neodymu jest stosunkowo duża w stosunku do innych metali ziem rzadkich, jednak istnieją obawy, że wzrost popytu na pojazdy elektryczne i hybrydowe może doprowadzić do niedoborów i wzrostu cen tego surowca.

Co więcej, aż 80 procent światowej produkcji kontroluje jeden kraj – Chiny, dlatego trudno się dziwić, że firmy technologiczne z innych krajów szukają sposobów na uniezależnienie się od tego potężnego dostawcy.

Zastąpienie części neodymu lantanem i cerem, które są stosunkowo łatwo dostępnymi i niedrogimi metalami ziem rzadkich, pozwoli rozwiązać ten problem.

Toyota spodziewa się, że w pierwszej połowie przyszłej dekady nowe magnesy trafią do silników elektrycznych układów wspomagania kierownicy oraz do innych zastosowań, zaś w elektrycznych silnikach napędowych znajdą zastosowanie w ciągu kolejnych 10 lat.