Seltene Erden-Alternativen für Elektrofahrzeugmagnete

Elektrifizierte Fahrzeuge erzeugen Drehmoment, wenn die Motoren in ihren Rotoren versuchen, sich an den Magnetfeldern auszurichten, die von Traktionswechselrichtern in den Statorwicklungen erzeugt werden. So bringen sie Sie von Punkt A nach Punkt B. Diese leistungsstarken Rotoren erfordern jedoch Seltenerdmagnete, die teuer und schwer zu beschaffen sind – und die Lieferkette ist angespannt.

Am häufigsten verwendet Seltenerdmagnete sind Neodym-Eisen-Bor (NdFeB), die das höchste Magnetfeld pro Volumen bieten und leichte und kompakte Produktdesigns ermöglichen. Allerdings kontrolliert China 90 % des weltweiten Angebots an Seltenerdelementen, eine Situation, die Bedenken hinsichtlich der nationalen Sicherheit und der Umwelt aufkommen lässt.

Während sich der Preis für NdFeB-Magnete näher an das historische Niveau erholt hat, bereitet die Knappheit der Rohstoffe einigen Regierungen und Herstellern immer noch Sorgen. GM hat beispielsweise strategische Partnerschaften mit MP Materials aus Las Vegas und Vacuumschmelze aus Frankfurt geschlossen, um das Unternehmen bei der Beschaffung wichtiger Materialien für seine Elektrofahrzeuge im Inland zu unterstützen. Aber für manche reicht das vielleicht nicht aus.

Die Rotoren der meisten Elektroautomotoren verwenden Seltenerdmagnete, die Industrie versucht jedoch, Alternativen zu finden, um Kosten zu senken und die Leistung zu verbessern. Einer der vielversprechendsten ist Ferrit, der gute magnetische Eigenschaften hat und kostengünstiger hergestellt werden kann als NdFeB-Magnete. Aber Experten, die mit IEEE Spectrum gesprochen haben, waren sich einig, dass Ferritmagnete für die meisten Elektrofahrzeugmotoren nicht geeignet sind, weil sie schwach sind und eine große Menge Kobalt benötigen würden, ein Metall, das knapp ist.

Ein weiterer möglicher Ersatz für NdFeB ist ein neuer Magnet von Niron Technologies, der laut Blackburn mit 20–50 % weniger Neodym hergestellt werden kann. Das Unternehmen strebt außerdem die Entwicklung von Magneten mit höherem Fluss und höherer Koerzitivfeldstärke sowie besseren Temperaturkoeffizienten als NdFeB an.

TDK hat daran gearbeitet, den Bedarf an schweren Seltenerdelementen wie Dysprosium und Terbium zu minimieren, die in Neodym-Magneten verwendet werden, um sie hitzebeständiger zu machen. Im Jahr 2012 stellte das Unternehmen den ersten Neodym-Magneten der Branche vor, der weder Dy noch Tb enthält.

Das Unternehmen arbeitet außerdem daran, die Produktionskapazität von Neodym-Eisen-Bor-Magneten zu erhöhen und nutzt dazu ein Verfahren namens Super-Hot-Melt-Guss. Dies ermöglicht die Herstellung kleinerer, dichterer Magnete und reduziert Energieverluste. Im Gegensatz zum Sintern, bei dem die Magente erhitzt und abgekühlt werden, wird das Material beim Super-Hot-Melt-Guss nicht beeinträchtigt und kann mehrfach verwendet werden. TDK geht davon aus, die Technologie im nächsten Jahr in die Massenproduktion einzuführen. Dies wird dazu beitragen, den künftigen Bedarf zu decken und gleichzeitig die Menge des benötigten Rohmaterials zu minimieren. Auch die Herstellung größervolumiger Magnete ist mit dieser Methode möglich. Diese könnten für größere Elektrofahrzeuge wie Lastkraftwagen und Busse geeignet sein. Tatsächlich liefert TDK solche Magnete bereits an BMW.