Do các vấn đề về chuỗi cung ứng và môi trường, bộ phận truyền động của Tesla đang nỗ lực loại bỏ nam châm đất hiếm khỏi động cơ và tìm kiếm các giải pháp thay thế.
Tesla vẫn chưa phát minh ra một vật liệu nam châm hoàn toàn mới, vì vậy họ có thể sử dụng công nghệ hiện có, nhiều khả năng là sử dụng ferit giá rẻ và dễ sản xuất.
Bằng cách định vị cẩn thận các nam châm ferit và điều chỉnh các khía cạnh khác của thiết kế động cơ, nhiều chỉ số hiệu suất củađất hiếmĐộng cơ truyền động có thể được sao chép. Trong trường hợp này, trọng lượng của động cơ chỉ tăng khoảng 30%, có thể là một sự khác biệt nhỏ so với tổng trọng lượng của xe.
4. Vật liệu nam châm mới cần có ba đặc tính cơ bản sau: 1) phải có từ tính; 2) Tiếp tục duy trì từ tính ngay cả khi có từ trường khác; 3) Chịu được nhiệt độ cao.
Theo Tencent Technology News, nhà sản xuất xe điện Tesla đã tuyên bố rằng các nguyên tố đất hiếm sẽ không còn được sử dụng trong động cơ ô tô của hãng, điều này có nghĩa là các kỹ sư của Tesla sẽ phải phát huy hết khả năng sáng tạo của mình để tìm ra các giải pháp thay thế.
Tháng trước, Elon Musk đã công bố “Phần thứ ba của Kế hoạch tổng thể” tại sự kiện Tesla Investor Day. Trong số đó, có một chi tiết nhỏ đã gây chấn động trong lĩnh vực vật lý. Colin Campbell, một giám đốc điều hành cấp cao trong bộ phận truyền động của Tesla, đã thông báo rằng nhóm của ông đang loại bỏ nam châm đất hiếm khỏi động cơ do các vấn đề về chuỗi cung ứng và tác động tiêu cực đáng kể của việc sản xuất nam châm đất hiếm.
Để đạt được mục tiêu này, Campbell đã trình bày hai slide liên quan đến ba vật liệu bí ẩn được dán nhãn khéo léo là đất hiếm 1, đất hiếm 2 và đất hiếm 3. Slide đầu tiên thể hiện tình hình hiện tại của Tesla, trong đó lượng đất hiếm mà công ty sử dụng trong mỗi chiếc xe dao động từ nửa kilôgam đến 10 gam. Trên slide thứ hai, việc sử dụng tất cả các nguyên tố đất hiếm đã giảm xuống còn 0.
Đối với các nhà từ học nghiên cứu sức mạnh kỳ diệu được tạo ra bởi chuyển động điện tử trong một số vật liệu nhất định, danh tính của đất hiếm 1 dễ nhận biết, đó là neodymium. Khi được thêm vào các nguyên tố phổ biến như sắt và boron, kim loại này có thể giúp tạo ra một từ trường mạnh, luôn bật. Nhưng ít vật liệu nào có chất lượng này, và thậm chí ít nguyên tố đất hiếm hơn tạo ra từ trường có thể di chuyển những chiếc xe Tesla nặng hơn 2000 kg, cũng như nhiều thứ khác từ rô-bốt công nghiệp đến máy bay chiến đấu. Nếu Tesla có kế hoạch loại bỏ neodymium và các nguyên tố đất hiếm khác khỏi động cơ, thì họ sẽ sử dụng nam châm nào thay thế?
Đối với các nhà vật lý, có một điều chắc chắn: Tesla không phát minh ra một loại vật liệu từ tính hoàn toàn mới. Andy Blackburn, Phó chủ tịch điều hành phụ trách chiến lược tại NIron Magnets, cho biết, "Trong hơn 100 năm, chúng ta có thể chỉ có một vài cơ hội để mua nam châm kinh doanh mới". NIron Magnets là một trong số ít các công ty khởi nghiệp đang cố gắng nắm bắt cơ hội tiếp theo.
Blackburn và những người khác tin rằng Tesla có nhiều khả năng đã quyết định sử dụng một nam châm yếu hơn nhiều. Trong số nhiều khả năng, ứng cử viên rõ ràng nhất là ferit: một loại gốm bao gồm sắt và oxy, trộn với một lượng nhỏ kim loại như stronti. Nó vừa rẻ vừa dễ sản xuất, và kể từ những năm 1950, cửa tủ lạnh trên khắp thế giới đã được sản xuất theo cách này.
Nhưng xét về khối lượng, từ tính của ferit chỉ bằng một phần mười từ tính của nam châm neodymium, điều này đặt ra những câu hỏi mới. CEO của Tesla, Elon Musk, luôn được biết đến là người không khoan nhượng, nhưng nếu Tesla chuyển sang ferit, có vẻ như cần phải có một số nhượng bộ.
Người ta dễ tin rằng pin là nguồn năng lượng của xe điện, nhưng thực tế, chính động cơ điện từ mới là động cơ điều khiển xe điện. Không phải ngẫu nhiên mà cả Công ty Tesla và đơn vị từ tính “Tesla” đều được đặt theo tên của cùng một người. Khi các electron chạy qua các cuộn dây trong động cơ, chúng tạo ra một trường điện từ điều khiển lực từ ngược lại, khiến trục động cơ quay cùng với các bánh xe.
Đối với bánh sau của xe Tesla, các lực này được cung cấp bởi các động cơ có nam châm vĩnh cửu, một vật liệu lạ có từ trường ổn định và không có đầu vào dòng điện, nhờ vào sự quay thông minh của các electron xung quanh các nguyên tử. Tesla chỉ bắt đầu thêm những nam châm này vào xe cách đây khoảng năm năm, để mở rộng phạm vi và tăng mô-men xoắn mà không cần nâng cấp pin. Trước đó, công ty đã sử dụng các động cơ cảm ứng được sản xuất xung quanh nam châm điện, tạo ra từ tính bằng cách tiêu thụ điện. Những mẫu xe được trang bị động cơ phía trước vẫn đang sử dụng chế độ này.
Động thái từ bỏ đất hiếm và nam châm của Tesla có vẻ hơi lạ. Các công ty ô tô thường bị ám ảnh bởi hiệu quả, đặc biệt là trong trường hợp xe điện, nơi họ vẫn đang cố gắng thuyết phục người lái xe vượt qua nỗi sợ hãi về phạm vi hoạt động. Nhưng khi các nhà sản xuất ô tô bắt đầu mở rộng quy mô sản xuất xe điện, nhiều dự án trước đây được coi là quá kém hiệu quả đang tái xuất hiện.
Điều này đã thúc đẩy các nhà sản xuất ô tô, bao gồm cả Tesla, sản xuất nhiều ô tô hơn sử dụng pin lithium sắt phosphate (LFP). So với pin chứa các nguyên tố như coban và niken, các mẫu xe này thường có phạm vi hoạt động ngắn hơn. Đây là công nghệ cũ hơn với trọng lượng lớn hơn và dung lượng lưu trữ thấp hơn. Hiện tại, Model 3 chạy bằng năng lượng tốc độ thấp có phạm vi hoạt động là 272 dặm (khoảng 438 km), trong khi Model S từ xa được trang bị pin tiên tiến hơn có thể đạt 400 dặm (640 km). Tuy nhiên, việc sử dụng pin lithium sắt phosphate có thể là lựa chọn kinh doanh hợp lý hơn, vì nó tránh được việc sử dụng các vật liệu đắt tiền hơn và thậm chí là rủi ro về mặt chính trị.
Tuy nhiên, Tesla khó có thể chỉ đơn giản thay thế nam châm bằng thứ gì đó tệ hơn, chẳng hạn như ferit, mà không thực hiện bất kỳ thay đổi nào khác. Nhà vật lý Alaina Vishna của Đại học Uppsala cho biết, “Bạn sẽ mang theo một nam châm khổng lồ trong xe của mình. May mắn thay, động cơ điện là những cỗ máy khá phức tạp với nhiều thành phần khác về mặt lý thuyết có thể được sắp xếp lại để giảm tác động của việc sử dụng nam châm yếu hơn.
Trong các mô hình máy tính, công ty vật liệu Proterial gần đây đã xác định rằng nhiều chỉ số hiệu suất của động cơ truyền động đất hiếm có thể được sao chép bằng cách định vị cẩn thận các nam châm ferit và điều chỉnh các khía cạnh khác của thiết kế động cơ. Trong trường hợp này, trọng lượng của động cơ chỉ tăng khoảng 30%, có thể là một sự khác biệt nhỏ so với tổng trọng lượng của ô tô.
Bất chấp những cơn đau đầu này, các công ty ô tô vẫn có nhiều lý do để từ bỏ các nguyên tố đất hiếm, miễn là họ có thể làm như vậy. Giá trị của toàn bộ thị trường đất hiếm tương tự như giá trị của thị trường trứng ở Hoa Kỳ và về mặt lý thuyết, các nguyên tố đất hiếm có thể được khai thác, chế biến và chuyển đổi thành nam châm trên toàn thế giới, nhưng trên thực tế, các quy trình này đặt ra nhiều thách thức.
Nhà phân tích khoáng sản và blogger quan sát đất hiếm nổi tiếng Thomas Krumer cho biết, “Đây là một ngành công nghiệp trị giá 10 tỷ đô la, nhưng giá trị của các sản phẩm được tạo ra mỗi năm dao động từ 2 nghìn tỷ đến 3 nghìn tỷ đô la, đây là một đòn bẩy rất lớn. Tương tự như vậy đối với ô tô. Ngay cả khi chúng chỉ chứa một vài kg chất này, việc loại bỏ chúng có nghĩa là ô tô không thể chạy được nữa trừ khi bạn sẵn sàng thiết kế lại toàn bộ động cơ
Hoa Kỳ và Châu Âu đang cố gắng đa dạng hóa chuỗi cung ứng này. Các mỏ đất hiếm ở California, vốn đã đóng cửa vào đầu thế kỷ 21, gần đây đã mở cửa trở lại và hiện cung cấp 15% tài nguyên đất hiếm của thế giới. Tại Hoa Kỳ, các cơ quan chính phủ (đặc biệt là Bộ Quốc phòng) cần cung cấp nam châm mạnh cho các thiết bị như máy bay và vệ tinh, và họ rất hào hứng đầu tư vào chuỗi cung ứng trong nước và ở các khu vực như Nhật Bản và Châu Âu. Nhưng xét đến chi phí, công nghệ cần thiết và các vấn đề về môi trường, đây là một quá trình chậm chạp có thể kéo dài trong nhiều năm hoặc thậm chí nhiều thập kỷ.
Thời gian đăng: 11-05-2023