Motor magnet permanen di sini untuk tinggal, tetapi kita dapat membuatnya lebih murah.
Oyota mengatakan telah menciptakan magnet baru untuk aplikasi energi tinggi seperti motor listrik yang menggunakan sebagian kecil dari jumlah neodymium (elemen tanah langka) dari besi standar, boron, neodymium (NdFeB) magnet.
Toyota dalam "teknik produksi" untuk baterai solid state, kata WSJ
Magnet jarang bumi digunakan dalam banyak kendaraan hibrida, beberapa kendaraan serba listrik, dan dalam aplikasi lain seperti turbin angin dan robotik.
Meskipun "langka" adalah sedikit keliru untuk bahan seperti neodymium (permintaan tinggi telah menyebabkan volume produksi yang relatif tinggi), Toyota mencatat bahwa "ada kekhawatiran bahwa kekurangan akan berkembang sebagai kendaraan beraliran listrik, termasuk kendaraan listrik hibrida dan baterai, menjadi semakin populer di masa depan. " Kekhawatiran itu diperparah oleh konsentrasi penambangan tanah langka: meskipun upaya telah dilakukan untuk menambang logam langka di bumi di AS dan bagian lain di dunia, penambangan langka tanah yang lebih besar terjadi di China. Negara itu mengancam akan berhenti mengekspor neodimium dan tanah langka lainnya pada tahun 2011, yang mengirimkan harga untuk logam yang melonjak. Jika Cina menggunakan akses rare-earth sebagai alat geopolitik lagi, itu dapat secara signifikan berdampak pada perusahaan seperti Toyota yang bergantung pada tanah langka untuk membangun produk unggulan seperti Prius.
Magnet baru yang dikembangkan Toyota juga tidak menggunakan terbium atau dysprosium, yang dapat ditambahkan ke neodymium untuk meningkatkan operabilitasnya pada panas tinggi, di atas 100 derajat Celcius (212 derajat Fahrenheit). (Kenyataannya, konsultan pertambangan Roskill mencatat bahwa beberapa pembuat mobil menggunakan TB dalam magnet lagi, meskipun disprosium masih sering ditambahkan ke magnet dengan neodymium.)
Apa yang dilakukan magnet ini?
Magnet NdFeB mampu menghasilkan medan magnet yang kuat dalam volume kecil. Ketika dipasangkan dengan dysprosium, magnet NdFeB memiliki koersivitas tinggi, yaitu, "kemampuan untuk menolak demagnetisasi sekali magnet," menurut sebuah makalah 2015 dari Bahan Berkelanjutan dan Teknologi.
Dalam motor mobil AC Magnet Permanen , magnet NdFeB sering ditanam di rotor. Ketika gulungan kawat di stator dialiri arus listrik, daya tarik magnet menyebabkan rotor berputar. Dalam desain lain, magnet dapat ditanamkan di stator, atau magnet dapat diatur untuk bekerja dengan medan magnet DC. Sebaliknya, motor induksi (yang jauh lebih umum) tidak menggunakan magnet dan bergantung pada arus yang mengalir melalui gulungan stator untuk menginduksi medan magnet, yang mengarah ke rotasi rotor.
Seperti yang Anda bayangkan, ada beberapa trade-off antara motor PM dan motor induksi magnet-kurang. Roskill mencatat sistem berbasis PM cenderung lebih ringan dan lebih kecil, karena mereka dapat mengandalkan magnet NdFeB di dalamnya untuk medan magnet konstan. Kebanyakan kendaraan hibrida (HEVs) menggunakan sistem PM: dengan sistem hibrida Anda memerlukan baterai dan mesin pembakaran internal, sehingga mengurangi ukuran motor adalah hal yang terpenting. (Pembuat komponen Bosch juga telah bekerja untuk membangun sistem yang menggunakan motor induksi dan motor magnet permanen dalam produk yang sama, untuk as dan depan as, misalnya.)
Tesla secara terkenal menghindari magnet pada kendaraan Model S dan Model X, memilih sistem induksi tembaga yang lebih berat. Tetapi Model 3 dilaporkan menggunakan sistem PM, kemungkinan karena magnet menghemat ruang dan berat (yang dapat mempengaruhi rentang baterai), dan motor tersebut cenderung memiliki akselerasi yang lebih baik. Chevy Bolt juga menggunakan magnet berbasis neodymium, kata Roskill.
Apa yang ada di magnet baru ini?
Alih-alih neodymium atau dysprosium, magnet menggunakan lantanum dan cerium logam tanah langka yang lebih murah. Tentu saja, ini tidak menyingkirkan banyak masalah dengan neodymium: lanthanum dan cerium masih didominasi ditambang di Cina dan, seperti kebanyakan tanah jarang, mereka dapat merusak lingkungan untuk diproduksi. Namun Reuters mencatat bahwa sementara biaya neodymium sekitar $ 100 per kg dan dysprosium biaya sekitar $ 400 per kg, lanthanum dan cerium biaya sekitar $ 5 hingga $ 7 per kg. Idealnya, magnet yang lebih murah dapat menghasilkan hibrida yang lebih murah dan kendaraan serba listrik.
Perbesar / Daripada magnet dengan konsentrasi seragam neodymium, magnet Toyota berkonsentrasi neodymium di sekitar tepi magnet.
Toyota
Toyota menggunakan beberapa trik untuk mengurangi penggunaan neodimiumnya. Perusahaan mengatakan bahwa hanya mengganti neodymium dalam magnet dengan lantanum dan cerium menghasilkan magnet sub-par dengan koersivitas berkurang dan mengurangi ketahanan panas, yang berarti kinerja motor akan menderita. Sebaliknya, perusahaan menyusun magnet sehingga sebagian besar lantanum dan cerium biji-bijian berada di bagian dalam magnet, dan sebagian besar butiran neodimium berada di bagian luar.
Pembuat mobil juga mengurangi ukuran butir dari logam di magnet. Ini telah menjadi jalan penelitian untuk beberapa waktu: Kertas Berkelanjutan Bahan dan Teknologi 2015 mencatat bahwa menemukan cara untuk secara andal mengurangi ukuran butir komponen magnet bumi langka dapat meningkatkan energi magnetik yang tersimpan dalam magnet. Toyota rupanya juga mengejar jalan itu. Para perisetnya mampu mengurangi ukuran butir komponen magnetnya menjadi sepersepuluh dari apa yang digunakan dalam magnet standar.
Teknik manufaktur ini memungkinkan Toyota kehilangan 20 hingga 50 persen neodimium yang diperlukan untuk membuat magnet NdFeB tanpa kehilangan kinerja atau koersivitas. Reuters mencatat bahwa magnet kendaraan listrik kemungkinan hanya akan dapat memanfaatkan ujung bawahnya - tetapi menghilangkan 20 persen neodimium yang Anda butuhkan di dalam magnet kendaraan juga bagus.
Untuk saat ini, desainnya sudah cukup awal, dan Toyota mengatakan perlu melakukan lebih banyak riset sebelum menambahkan magnet canggih ini ke dalam mobilnya. Pada awal 2020-an, perusahaan berharap untuk menggunakan magnet dalam sistem power-steering, dan kemudian berharap untuk pindah ke penggunaan yang lebih luas di motor kendaraan listrik dalam satu dekade.
Toyota telah menjadi pelopor dalam pasar kendaraan hibrida, tetapi telah lebih ragu-ragu dalam mendorong semua kendaraan listrik ke pasar. Bagaimanapun, para perisetnya telah mencari cara untuk membuat kendaraan listrik canggih. Perusahaan ini mengumumkan pada musim panas 2017 bahwa itu dalam "teknik produksi" untuk baterai solid-state, yang secara teoritis akan lebih ringan, lebih kecil, dan memiliki kisaran suhu operasi yang lebih baik daripada baterai yang kita lihat hari ini di Teslas, Nissans, dan Chevys .
