Leistungsfähigste Magnete für Elektromotoren
Es ist nicht verwunderlich, dass sich der Antriebsstrang von Elektroautos stark von herkömmlichen Verbrennungsmotoren unterscheidet. Obwohl sie weniger bewegliche Teile haben, können die Seltene-Erden-Magnete, die den Antrieb von Elektroautos unterstützen, ziemlich komplex in der Herstellung sein. Was gibt es also über Seltene-Erden-Magnete zu wissen – und wie wählen Autohersteller aus, welche Art von Magneten am besten für den Motor eines Elektroautos geeignet ist?
Zunächst einmal gibt es vier Haupttypen von Magneten:
Keramik (Ferrit), AlNiCo, Samarium-Kobalt (SmCo) und Neodym (NdFeB). Letzterer ist die häufigste Wahl für Automobilhersteller, da er die besten Eigenschaften für Elektroautos besitzt, wie in einem informativen Beitrag bei Charged EVs beschrieben. NdFeB-Magnete sind nicht die preiswerteste Option, aber sie sind stärker als die anderen drei und am besten korrosionsbeständig.
Remanenz und Koerzitivkraft
Bei Kraftmessungen gibt es zwei wichtige Möglichkeiten, wie stark ein Magnet ist: Remanenz und Koerzitivkraft. Die Remanenz wird durch die Restflussdichte gemessen (die Menge an Kraft, die benötigt wird, um sie aus Stahl oder einem ähnlich großen Magneten zu ziehen). Die Koerzitivkraft berücksichtigt diese magnetische Kraft, umfasst aber auch die Kraft, die erforderlich ist, um einen Seltene-Erden-Magneten zu entmagnetisieren. Unter Berücksichtigung der Koerzitivkraft erhalten NdFeB-Magnete einen großen Strom, um ein intensives Magnetfeld zu erzeugen. Dies ist wichtig, da die Magnete einer Entmagnetisierung stark widerstehen müssen, um über lange Zeiträume in Elektroautos zu funktionieren. Magnete arbeiten mit einer Wechselwirkung eines festen Magnetfeldes, das von einem Rotor in einem Elektromotor geliefert wird; wenn ein bestimmter Magnet leicht die Magnetisierung verliert, wird er nach und nach schwächer und verliert an Drehmoment.
Angetrieben durch einen erwarteten Nachfrageschub für Elektrofahrzeuge, Windturbinen und andere Anwendungen, die Permanentmagnete benötigen, wird erwartet, dass der Verbrauch vieler Seltenerdelemente (RE) innerhalb eines Jahrzehnts das weltweite Angebot übersteigen wird.
Seltene Erden sind Elemente mit Ordnungszahlen zwischen Lanthan (57) und Lutetium (71). Scandium und Yttrium werden oft als REs betrachtet, weil sie einige Eigenschaften gemeinsam haben.
Neodym-Eisen-Bor-Magnete (NdFeB) sind die leistungsstärksten, kompaktesten und leichtesten Dauermagnete, die auf dem Markt erhältlich sind. Obwohl Neodym das wichtigste RE ist, das in Magneten verwendet wird, enthalten NdFeB-Magnete oft Praseodym, da die beiden schwer zu trennen sind.
Die NdFeB-Magnete werden entweder durch Sintern – Schmelzen und Komprimieren von Pulvern – oder durch Kombinieren und Pressen von Pulvern mit einem Bindematerial wie Epoxid oder einem Thermoplast hergestellt. Gesinterte Magnete sind zu viel stärkeren Feldern fähig, während gebundene Magnete in komplexere Formen gespritzt, gepresst, extrudiert oder in 3D gedruckt werden können. Gesinterte NdFeB-Magnete sind die mit Abstand am häufigsten verwendeten.
Der Preis für Nd ist von Januar bis Dezember letzten Jahres um 75 % gestiegen, der für NdPr um 50 %. Terbium, das zusammen mit Dysprosium in geringen Mengen verwendet wird, um die Entmagnetisierung von NdFeB-Magneten bei hohen Temperaturen zu verhindern, hat sich im gleichen Zeitraum im Preis mehr als verdoppelt.
Die Nachfrage nach NdFeB-Magneten wird sich in diesem Jahrzehnt verdoppeln, schneller als die Wachstumsrate für REs in der Unterhaltungselektronik, Katalysatoren, Phosphoren und anderen Anwendungen. Ryan Castilloux, Geschäftsführer des Forschungs- und Beratungsunternehmens Adamas Intelligence, prognostiziert, dass die Nachfrage nach REs als Gruppe in den nächsten 10 Jahren jährlich um 10% steigen wird.
Explosionsdarstellung eines Permanentmagneten für den Antrieb eines Elektrofahrzeugs. Die Seltene-Erden-haltigen Magnete sind in den Rotor eingebettet.
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