Mengapa unsur nadir bumi berat menjadi titik sekatan
Magnet berada di teras motor kenderaan elektrik dan hibrid. Magnet komersial paling kuat ialah magnet neodimium-besi-boron. Magnet ini menghasilkan tork tinggi dalam motor kompak. Namun, ada kekurangannya. Magnet neodimium mula kehilangan kekuatan pada suhu tinggi. Untuk mengatasi haba, pengeluar secara tradisinya menambah sedikit unsur nadir bumi berat, terutamanya disprosium dan terbium. Kedua-dua unsur ini meningkatkan koersiviti, iaitu rintangan terhadap penyahmagnetan, supaya magnet dapat mengekalkan medan magnetnya apabila motor pacuan menjadi panas.
Kandungan
Bekalan unsur nadir bumi berat tertumpu di beberapa tempat. China melombong sebahagian besar bijih nadir bumi dunia, menapis majoriti oksida dan logamnya, serta menghasilkan kira-kira 90 peratus magnet yang digunakan dalam kereta dan elektronik, menurut tinjauan industri dan laporan terkini. Apabila sekatan eksport diperketat, rantaian bekalan pantas terjejas. Dalam beberapa bulan kebelakangan ini, pengeluar kereta bertungkus-lumus mendapatkan bekalan alternatif bahan magnet. Suzuki Motor menghentikan sementara beberapa barisan pemasangan selepas kekurangan bahan input, manakala pembekal memberi amaran tentang kemungkinan krisis yang menyerupai kekurangan cip. Reuters melaporkan bahawa pengeluar kereta dan alat ganti berada dalam keadaan panik sepenuhnya berikutan kesesakan bekalan nadir bumi.
Potensi magnet baharu Jepun
Pakar bahan Jepun sedang berusaha memutuskan kaitan antara prestasi motor dengan logam nadir bumi berat. Proterial, yang dahulunya dikenali sebagai Hitachi Metals, berkata syarikat itu telah membangunkan magnet neodimium untuk motor pacuan yang mengekalkan prestasi tanpa sebarang unsur nadir bumi berat. Dengan mengawal kekotoran dan struktur mikro dengan lebih teliti semasa pemprosesan, syarikat itu melaporkan bahawa gred magnet yang dihasilkan cukup kuat untuk kenderaan elektrik dan hibrid.
Butiran teknikal yang diterbitkan oleh sumber industri menyebut dua gred neodimium tersinter baharu yang tidak menggunakan disprosium dan terbium. Satu gred menyasarkan motor pacuan, stereng kuasa elektrik dan pemampat, dengan ketumpatan fluks magnet baki B_r kira-kira 1.40 tesla dan koersiviti intrinsik H_cJ sekurang-kurangnya 1671 kiloampere per meter. Gred kedua, yang disasarkan untuk aplikasi tork lebih tinggi, meningkatkan B_r kepada kira-kira 1.42 tesla dengan H_cJ pada atau melebihi 1830 kiloampere per meter. Ringkasnya, B_r menunjukkan jumlah fluks magnet yang dapat dihasilkan oleh magnet, manakala H_cJ menunjukkan betapa sukarnya magnet itu dinyahmagnetkan pada suhu tinggi.
Proterial berkata kuantiti sampel daripada barisan pengeluaran besar-besaran bagi gred pertama sudah tersedia, manakala varian yang lebih tahan haba dijangka sedia untuk pensampelan menjelang April 2026. Syarikat itu memegang ratusan paten berkaitan magnet neodimium tersinter dan turut mengetengahkan usaha membangunkan aloi magnet lembut berfluks tinggi, yang berpotensi mengurangkan berat dan kehilangan tenaga dalam teras motor tertentu. Bagi motor pacuan, perkara utama ialah penyingkiran unsur nadir bumi berat sambil memenuhi ambang penting bagi tork dan suhu.
Syarikat itu sedang menyediakan pengeluaran domestik di Kumagaya, Wilayah Saitama, dan Yabu, Wilayah Hyogo. Jika kontrak dimeterai, langkah ini akan mewujudkan sumber magnet motor pacuan dalam negara pada waktu syarikat automotif mencari bekalan yang kurang terdedah kepada perubahan dasar di Beijing.
Daido Steel menunjukkan kemajuan awal
Daido Steel dan anak syarikatnya, Daido Electronics, telah pun mengkomersialkan magnet neodimium untuk kenderaan hibrid yang tidak menggunakan unsur nadir bumi berat. Pendekatan mereka memperhalus saiz butiran di dalam magnet, lalu menghasilkan butiran hablur yang jauh lebih halus. Ini meningkatkan koersiviti dan menstabilkan prestasi apabila motor menjadi panas. Honda menggunakan magnet ini dalam model hibridnya pada 2016, yang pertama bagi pengeluar kereta utama.
Petunjuk permintaan kembali meningkat. Daido Steel melaporkan lebih banyak pertanyaan daripada pengeluar kereta di Jepun dan Amerika Syarikat bagi aplikasi hibrid dan kenderaan elektrik bateri. Untuk memenuhi jangkaan pesanan, syarikat itu merancang pelaburan sebanyak 5 bilion yen di kilang Daido Electronics di Nakatsugawa, Wilayah Gifu. Sasarannya adalah meningkatkan kapasiti bulanan kepada kira-kira 45 tan menjelang musim bunga 2026 dan sekitar 150 tan pada tahun fiskal 2030.
Syarikat itu juga sedang memajukan teknologi magnet ubah bentuk panas yang tidak menggunakan unsur nadir bumi berat dan mengurangkan penggunaan kuasa semasa pembuatan berbanding kaedah pensinteran konvensional. Ini boleh mengurangkan pelepasan karbon di peringkat kilang dan mengurangkan pendedahan kepada bahagian pasaran nadir bumi yang paling terhad. Daido Electronics memperluas pengeluaran dan sokongan pelanggan di Jepun, Thailand, China dan Amerika Syarikat, termasuk rancangan untuk mengeluarkan magnet motor pacuan di Ohio.
Mampukah magnet baharu menampung beban haba EV
Suhu dalaman motor pacuan kereta keluarga boleh jauh melebihi 150 darjah Celsius, malah titik panas setempat boleh mencapai suhu lebih tinggi ketika mendaki cerun curam atau memecut berulang kali. Haba mengurangkan kekuatan magnet dan boleh menyebabkan kehilangan kekuatan yang tidak boleh dipulihkan jika koersiviti intrinsiknya tidak mencukupi. Penambahan unsur nadir bumi berat meningkatkan H_cJ, sebab itulah bahan ini menjadi piawaian bagi gred yang paling mencabar.
Proterial berkata syarikat itu mencapai H_cJ dan B_r yang mencukupi tanpa disprosium atau terbium dengan mengawal kekotoran dan tekstur semasa pensinteran. Penganalisis menyambut baik kemajuan itu tetapi akan menantikan pengesahan pihak ketiga. Prestasi perlu kekal stabil sepanjang ribuan kitaran haba, pada keseluruhan julat kelajuan dan beban, serta selepas terdedah kepada kelembapan dan semburan garam. Ulasan awal industri turut mempersoalkan sama ada magnet baharu itu menyamai atau mengatasi gred terbaik yang mengandungi disprosium dari segi prestasi dan kos.
Perkara yang akan disahkan jurutera
Pasukan reka bentuk akan memplot lengkung penyahmagnetan penuh pada suhu operasi, kemudian menguji kehilangan kekal selepas kejadian beban lampau. Mereka akan menyemak tork dan kecekapan berdasarkan gabungan penjana dan penyongsang, bukan sekadar ciri magnet secara berasingan. Ketahanan mekanikal juga penting. Gred, bentuk, salutan dan pelekat magnet serta sarung rotor semuanya perlu menahan tekanan haba dan mekanikal berulang.
Pengesahan turut merangkumi konsistensi pengeluaran. Gred yang memenuhi spesifikasi dalam pengeluaran perintis perlu berbuat demikian setiap bulan pada skala besar. Pembekal akan meminta data kawalan proses statistik, kebolehkesanan dan analisis kegagalan daripada ujian hayat dipercepat. Proses itu boleh mengambil masa berbulan-bulan untuk kerja makmal dan setahun atau lebih selepas komponen dipasang pada kenderaan prototaip.
Persaingan global dan pilihan alternatif
Dasar nadir bumi telah menjadi titik tekanan bagi sektor automotif. China mengawal sebahagian besar proses penapisan dan kira-kira 90 peratus pengeluaran magnet. Semasa kelewatan permit baru-baru ini, pembekal Eropah menghentikan sementara operasi barisan pengeluaran dan beberapa pengeluar kereta memberi amaran bahawa kilang mungkin terpaksa menghentikan operasi tanpa penghantaran magnet yang boleh diharapkan. Kebimbangan itu mengingatkan kepada krisis semikonduktor dan mendorong syarikat mempelbagaikan teknologi serta lokasi pengeluaran.
Reka bentuk motor alternatif merupakan sebahagian daripada pilihan yang tersedia. Motor segerak rotor berbelitan, motor aruhan dan mesin keengganan pensuisan tidak menggunakan magnet kekal. Sesetengahnya menggunakan magnet ferit yang banyak tersedia tetapi lebih lemah, digabungkan dengan geometri baharu untuk mengembalikan prestasi. Beberapa jenama Eropah telah memperkenalkan motor tanpa magnet dalam model terpilih. Tesla berkata unit magnet kekal generasi seterusnya tidak akan menggunakan unsur nadir bumi, sekali gus mendorong pencarian lebih luas terhadap bahan dan topologi baharu. Kajian pasaran menunjukkan motor magnet kekal masih menguasai lebih tiga suku pasaran kereta elektrik antara 2015 hingga 2022, dengan kandungan nadir bumi yang semakin berkurangan serta penggunaan alternatif yang meningkat secara beransur-ansur.
Negara di luar China berlumba-lumba mengisi kekurangan bekalan. Di India, pengeluar motor dan syarikat pemula melesenkan reka bentuk pacuan tanpa magnet berasaskan magnet ferit dan prinsip keengganan, sementara pengitar semula domestik berusaha mendapatkan semula unsur nadir bumi daripada sisa elektronik. Matlamatnya bukan sekadar penyelesaian sementara. Usaha ini bertujuan membina rantaian bekalan serantau yang mampu menyokong program kenderaan yang berkembang pesat.
Usaha mengitar semula dan membina hab pemprosesan baharu semakin rancak di Amerika Utara. Cyclic Materials yang berpangkalan di Ontario memeterai perjanjian pembelian hasil pengeluaran dengan kumpulan kimia Solvay bagi unsur nadir bumi kitar semula, manakala Kanada melabur dalam kapasiti pemprosesan untuk membekalkan pelanggan di benua Amerika dan Eropah. Pemimpin industri berkata ketegangan perdagangan telah mempercepat rancangan untuk membina bekalan bebas. Pat Ryan, Ketua Pegawai Eksekutif UCore, merumuskan sentimen itu dalam kenyataan baru-baru ini mengenai perubahan dasar.
