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 giải pháp thay thế.
Tesla vẫn chưa phát minh ra vật liệu nam châm hoàn toàn mới nên có thể sẽ sử dụng công nghệ hiện có, rất có thể là sử dụng ferrite rẻ tiền và dễ sản xuất.
Bằng cách định vị cẩn thận nam châm ferit và điều chỉnh các khía cạnh khác của thiết kế động cơ, nhiều chỉ số hoạt động củađất hiếmđộng cơ truyền động có thể được nhân rộng. Trong trường hợp này, trọng lượng của động cơ chỉ tăng khoảng 30%, có thể chênh lệch nhỏ so với trọng lượng tổng thể của xe.
4. Vật liệu nam châm mới cần có ba đặc điểm cơ bản sau: 1) phải có từ tính; 2) Tiếp tục duy trì từ tính 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 họ, đồng nghĩa với việc các kỹ sư của Tesla sẽ phải phát huy hết khả năng sáng tạo của mình trong việc tìm kiếm các giải pháp thay thế.
Tháng trước, Elon Musk đã công bố “Phần thứ ba của Kế hoạch tổng thể” tại sự kiện Ngày nhà đầu tư Tesla. Trong số đó, có một chi tiết nhỏ đã gây chấn động trong lĩnh vực vật lý. Colin Campbell, giám đốc điều hành cấp cao của bộ phận hệ thống truyền động của Tesla, 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 loại 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, nơi lượng đất hiếm được công ty sử dụng trên mỗi chiếc xe dao động từ nửa kg đến 10 gram. Ở trang trình bày thứ hai, việc sử dụng tất cả các nguyên tố đất hiếm đã giảm xuống bằng không.
Đối với các nhà từ học nghiên cứu sức mạnh ma thuật được tạo ra bởi chuyển động điện tử trong một số vật liệu nhất định, danh tính của đất hiếm 1 rất dễ nhận biết, đó là neodymium. Khi được thêm vào các nguyên tố thông thường như sắt và boron, kim loại này có thể giúp tạo ra từ trường mạnh, luôn ở trên. Nhưng rất ít vật liệu có chất lượng này và thậm chí còn ít nguyên tố đất hiếm tạo ra từ trường có thể di chuyển những chiếc xe Tesla nặng hơn 2000 kg, cũng như nhiều thứ khác từ robot 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, hãng sẽ sử dụng nam châm nào để 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 Chiến lược của NIron Magnets, cho biết: “Trong hơn 100 năm tới, chúng ta có thể chỉ có một số cơ hội để có được nam châm kinh doanh mới”. NIron Magnets là một trong số ít công ty khởi nghiệp đang cố gắng nắm bắt cơ hội tiếp theo.
Blackburn và những người khác tin rằng nhiều khả năng Tesla đã quyết định sử dụng một loại nam châm kém mạnh hơn nhiều. Trong số nhiều khả năng, ứng cử viên rõ ràng nhất là ferrite: một loại gốm bao gồm sắt và oxy, trộn với một lượng nhỏ kim loại như strontium. 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 ferrite chỉ bằng 1/10 so với nam châm neodymium, điều này đặt ra những câu hỏi mới. Giám đốc điều hành Tesla Elon Musk luôn nổi tiếng là người không khoan nhượng, nhưng nếu Tesla định chuyển sang sử dụng ferrite, có vẻ như họ phải thực hiện một số nhượng bộ.
Người ta dễ dàng tin rằng pin là nguồn năng lượng của xe điện, nhưng trên thực tế, chính truyền động điện từ mới dẫn động 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 cuộn dây trong động cơ, chúng sẽ tạo ra một trường điện từ điều khiển lực từ ngược chiều, khiến trục của động cơ quay cùng với các bánh xe.
Đối với bánh sau của ô tô Tesla, những lực này được cung cấp bởi động cơ có nam châm vĩnh cửu, một vật liệu lạ có từ trường ổn định và không có dòng điện đầu vào, nhờ vào sự quay thông minh của các electron xung quanh nguyên tử. Tesla chỉ bắt đầu bổ sung những nam châm này vào ô tô khoảng 5 năm trước, nhằm mở rộng phạm vi hoạt động và tăng mô-men xoắn mà không cần nâng cấp pin. Trước đó, công ty đã sử dụng 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 kỳ lạ. Các công ty ô tô thường bị ám ảnh bởi tính 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 quãng đường đi được. Nhưng khi các nhà sản xuất ô tô bắt đầu mở rộng quy mô sản xuất xe điện, nhiều dự án trước đây bị coi là quá kém hiệu quả đang được tái khởi động.
Điều này đã thúc đẩy các nhà sản xuất ô tô, trong đó có Tesla, sản xuất nhiều ô tô sử dụng pin lithium iron phosphate (LFP). So với các loại pin chứa các nguyên tố như coban và niken, những mẫu pin 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 điều khiển từ xa được trang bị pin tiên tiến hơn có thể đạt tới 400 dặm (640 km). Tuy nhiên, việc sử dụng pin lithium iron phosphate có thể là một lựa chọn kinh doanh hợp lý hơn vì nó tránh được việc sử dụng các vật liệu đắt tiền hơn và thậm chí có rủi ro về mặt chính trị.
Tuy nhiên, Tesla khó có thể chỉ thay thế nam châm bằng thứ gì đó tệ hơn, chẳng hạn như ferrite, 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 ô tô của mình. May mắn thay, động cơ điện là những cỗ máy khá phức tạp với nhiều bộ phận 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 hoạt động của động cơ truyền động bằng đất hiếm có thể được sao chép bằng cách định vị cẩn thận 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 chênh lệch nhỏ so với trọng lượng tổng thể của xe.
Bất chấp những vấn đề đau đầu này, các công ty ô tô vẫn có nhiều lý do để từ bỏ 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, xử lý và chuyển đổi thành nam châm trên toàn thế giới, nhưng trên thực tế, các quá 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 USD, nhưng giá trị sản phẩm được tạo ra mỗi năm dao động từ 2 nghìn tỷ USD đến 3 nghìn tỷ USD, đây là một đòn bẩy rất lớn. Điều tương tự cũng xảy ra với ô tô. Ngay cả khi chúng chỉ chứa vài kg chất này, việc loại bỏ chúng đồng nghĩa với việc 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 từng bị đóng cửa vào đầu thế kỷ 21, gần đây đã mở cửa trở lại và hiện cung cấp 15% nguồn 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 cực mạnh cho các thiết bị như máy bay, vệ tinh và họ rất nhiệt tình đầu tư vào chuỗi cung ứng trong nước và các khu vực như Nhật Bản, Châu Âu. Nhưng xét đến chi phí, công nghệ cần thiết và các vấn đề môi trường, đây là một quá trình chậm chạp và có thể kéo dài vài năm, thậm chí nhiều thập kỷ.
Thời gian đăng: May-11-2023