En raison de la chaîne d'approvisionnement et des problèmes environnementaux, le département du groupe motopropulseur de Tesla travaille dur pour éliminer les aimants de terres rares des moteurs et recherche des solutions alternatives.
Tesla n'a pas encore inventé un matériau aimant complètement nouveau, donc il peut se contenter de la technologie existante, très probablement en utilisant de la ferrite bon marché et facilement fabriquée.
En positionnant soigneusement les aimants de ferrite et en ajustant d'autres aspects de la conception du moteur, de nombreux indicateurs de performance deterres raresLes moteurs d'entraînement peuvent être reproduits. Dans ce cas, le poids du moteur n'augmente qu'environ 30%, ce qui peut être une petite différence par rapport au poids global de la voiture.
4. Les nouveaux matériaux aimant doivent avoir les trois caractéristiques de base suivantes: 1) ils doivent avoir du magnétisme; 2) continuer à maintenir le magnétisme en présence d'autres champs magnétiques; 3) peut résister à des températures élevées.
Selon Tencent Technology News, le fabricant de véhicules électriques Tesla a déclaré que les éléments de terres rares ne seront plus utilisés dans ses moteurs de voiture, ce qui signifie que les ingénieurs de Tesla devront complètement libérer leur créativité pour trouver des solutions alternatives.
Le mois dernier, Elon Musk a publié la «troisième partie du plan directeur» lors de l'événement Tesla Investor Day. Parmi eux, il y a un petit détail qui a provoqué une sensation dans le domaine de la physique. Colin Campbell, un cadre supérieur du département du groupe motopropulseur de Tesla, a annoncé que son équipe supprime les aimants de terres rares des moteurs en raison de problèmes de chaîne d'approvisionnement et de l'impact négatif significatif de la production d'aimants de terres rares.
Pour atteindre cet objectif, Campbell a présenté deux diapositives impliquant trois matériaux mystérieux intelligemment étiquetés comme des terres rares 1, des terres rares 2 et des terres rares 3. La première diapositive représente la situation actuelle de Tesla, où la quantité de terres rares utilisées par la société dans chaque véhicule varie d'un demi-kilogramme à 10 grammes. Sur la deuxième diapositive, l'utilisation de tous les éléments de terres rares a été réduite à zéro.
Pour les magnétologues qui étudient la puissance magique générée par le mouvement électronique dans certains matériaux, l'identité de la Terre Rare 1 est facilement reconnaissable, qui est néodyme. Lorsqu'il est ajouté à des éléments communs tels que le fer et le bore, ce métal peut aider à créer un champ magnétique fort, toujours. Mais peu de matériaux ont cette qualité, et encore moins d'éléments de terres rares génèrent des champs magnétiques qui peuvent déplacer des voitures Tesla pesant plus de 2000 kilogrammes, ainsi que de nombreuses autres choses, des robots industriels aux avions de chasse. Si Tesla prévoit d'éliminer le néodyme et d'autres éléments de terres rares du moteur, quel aimant utilisera-t-il à la place?
Pour les physiciens, une chose est certaine: Tesla n'a pas inventé un tout nouveau type de matériau magnétique. Andy Blackburn, vice-président exécutif de la stratégie chez Niron Maignets, a déclaré: «En plus de 100 ans, nous ne pouvons avoir que quelques occasions d'acquérir de nouveaux aimants commerciaux.» Niron Magnets est l'une des rares startups qui essaient de saisir la prochaine opportunité.
Blackburn et d'autres croient qu'il est plus probable que Tesla ait décidé de se contenter d'un aimant beaucoup moins puissant. Parmi de nombreuses possibilités, le candidat le plus évident est la ferrite: une céramique composée de fer et d'oxygène, mélangée à une petite quantité de métal comme le strontium. Il est à la fois bon marché et facile à fabriquer, et depuis les années 1950, les portes du réfrigérateur du monde entier ont été fabriquées de cette manière.
Mais en termes de volume, le magnétisme de la ferrite n'est qu'un dixième de celui des aimants néodymiques, ce qui soulève de nouvelles questions. Le PDG de Tesla, Elon Musk, a toujours été connu pour être sans compromis, mais si Tesla doit passer à la ferrite, il semble que certaines concessions doivent être faites.
Il est facile de croire que les batteries sont la puissance des véhicules électriques, mais en réalité, c'est la conduite électromagnétique qui entraîne des véhicules électriques. Ce n'est pas une coïncidence que Tesla Company et l'unité magnétique «Tesla» soient nommées d'après la même personne. Lorsque les électrons circulent à travers les bobines dans un moteur, ils génèrent un champ électromagnétique qui entraîne la force magnétique opposée, provoquant la rotation de l'arbre du moteur avec les roues.
Pour les roues arrière des voitures Tesla, ces forces sont fournies par des moteurs avec des aimants permanents, un matériau étrange avec un champ magnétique stable et aucune entrée de courant, grâce à la rotation intelligente d'électrons autour des atomes. Tesla n'a commencé à ajouter ces aimants aux voitures il y a environ cinq ans, afin d'étendre la plage et d'augmenter le couple sans améliorer la batterie. Avant cela, la société a utilisé des moteurs à induction fabriqués autour d'électromaignes, qui génèrent du magnétisme en consommant de l'électricité. Ces modèles équipés de moteurs avant utilisent toujours ce mode.
Le mouvement de Tesla pour abandonner les terres et les aimants rares semble un peu étrange. Les constructeurs automobiles sont souvent obsédés par l'efficacité, en particulier dans le cas des véhicules électriques, où elles essaient toujours de persuader les conducteurs de surmonter leur peur de la gamme. Mais alors que les constructeurs automobiles commencent à étendre l'échelle de production des véhicules électriques, de nombreux projets qui étaient auparavant considérés comme trop inefficaces refait surface.
Cela a incité les constructeurs automobiles, y compris Tesla, à produire plus de voitures à l'aide de batteries au phosphate de fer au lithium (LFP). Par rapport aux batteries contenant des éléments tels que le cobalt et le nickel, ces modèles ont souvent une plage plus courte. Il s'agit d'une technologie plus ancienne avec un poids plus élevé et une capacité de stockage plus faible. À l'heure actuelle, le modèle 3 propulsé par une puissance à basse vitesse a une portée de 272 miles (environ 438 kilomètres), tandis que le modèle à distance équipé de batteries plus avancées peut atteindre 400 miles (640 kilomètres). Cependant, l'utilisation de la batterie de phosphate de fer au lithium peut être un choix commercial plus sensible, car il évite l'utilisation de matériaux plus coûteux et même risqués politiquement.
Cependant, Tesla est peu susceptible de remplacer simplement les aimants par quelque chose de pire, comme la ferrite, sans apporter d'autres modifications. La physicienne de l'Université d'Uppsala, Alaina Vishna, a déclaré: «Vous porterez un énorme aimant dans votre voiture. Heureusement, les moteurs électriques sont des machines assez complexes avec de nombreux autres composants qui peuvent théoriquement être réorganisés pour réduire l'impact de l'utilisation des aimants plus faibles.
Dans les modèles informatiques, la protection des entreprises de matériaux a récemment déterminé que de nombreux indicateurs de performance des moteurs d'entraînement des terres rares peuvent être reproduits en positionnant soigneusement les aimants de ferrite et en ajustant d'autres aspects de la conception du moteur. Dans ce cas, le poids du moteur n'augmente qu'environ 30%, ce qui peut être une petite différence par rapport au poids global de la voiture.
Malgré ces maux de tête, les constructeurs automobiles ont encore de nombreuses raisons d'abandonner les éléments de terres rares, à condition qu'ils puissent le faire. La valeur de l'ensemble du marché des terres rares est similaire à celle du marché des œufs aux États-Unis, et théoriquement, les éléments des terres rares peuvent être exploités, traités et convertis en aimants dans le monde, mais en réalité, ces processus présentent de nombreux défis.
L'analyste minéral et blogueur populaire d'observation des terres rares Thomas Krumer a déclaré: «Il s'agit d'une industrie de 10 milliards de dollars, mais la valeur des produits créés chaque année varie de 2 billions à 3 billions de dollars, ce qui est un énorme levier. Il en va de même pour les voitures. Même s'ils ne contiennent que quelques kilogrammes de cette substance, les supprimer signifie que les voitures ne peuvent plus fonctionner à moins que vous ne soyez prêt à repenser l'ensemble du moteur
Les États-Unis et l'Europe tentent de diversifier cette chaîne d'approvisionnement. Les mines de Terre rares de Californie, qui ont été fermées au début du 21e siècle, ont récemment rouvert et fournissent actuellement 15% des ressources du monde en termes de terres rares. Aux États-Unis, les agences gouvernementales (en particulier le ministère de la Défense) doivent fournir des aimants puissants pour des équipements tels que les avions et les satellites, et ils sont enthousiastes à l'investissement dans les chaînes d'approvisionnement au niveau national et dans des régions comme le Japon et l'Europe. Mais compte tenu du coût, de la technologie requise et des problèmes environnementaux, il s'agit d'un processus lent qui peut durer plusieurs années, voire des décennies.
Heure du poste: le 11 mai 2023