Kleine Metalle, große Macht: Wie die unsichtbaren Seltenen Erden Ihr neues Energiefahrzeug antreiben

Wenn Sie mit einem leisen, aber leistungsstarken neuen Energiefahrzeug fahren und im Moment des Umschaltens der Ampel auf Grün ein Kraftstofffahrzeug elegant überholen, haben Sie sich jemals gefragt, dass der Kern dieser aufsteigenden Kraft hinter einigen eher „rustikalen“ Namen steckt? Es sind seltene Erden.

Sie sind keine gewöhnliche Erde, sondern ein Sammelbegriff für 17 Arten von Metallelementen, von denen jedes ein „Vitamin“ und „Zauberpulver“ für die moderne Industrie ist. Heben wir heute die Motorhaube eines neuen Energiefahrzeugs und sehen wir genau, wo sich diese „Zauberpulver“ befinden und welche Art von Alchemie sie vollbringen.

Zauberspruch Eins: Der „Perpetuum Mobile“-Kern des Power Heart – Permanentmagnet-Synchronmotor

Der grundlegendste Unterschied zwischen neuen Energiefahrzeugen und Kraftstofffahrzeugen liegt in der Tatsache, dass sich das „Herz“ von einem Motor zu einem Motor verändert hat. Derzeit entscheiden sich die allermeisten Hochleistungs-Elektrofahrzeuge auf dem Markt, wie z. B. Tesla Model 3/Y und BYD Han, für den Einsatz von Permanentmagnet-Synchronmotoren. Hier kommt die „Permanentmagnet“-Komponente ins Spiel, wo die Magie der seltenen Erden zum Tragen kommt.

Stellen Sie sich das Innere eines Motors vor: Die Kernkomponente ist ein sich mit hoher Geschwindigkeit drehender Rotor. Um den Rotor in Drehung zu versetzen, muss mit Magneten ein starkes Magnetfeld erzeugt werden. Wenn gewöhnliche Magnete verwendet werden, ist es, als würde man versuchen, einen großen Eisenblock mit einem kleinen Magneten anzuziehen, was sowohl mühsam ist als auch eine begrenzte Magnetkraft hat.

Wenn jedoch Elemente wie Neodym und Praseodym aus der Familie der seltenen Erden hinzugefügt werden, um Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagnete zu erzeugen, ist die Situation völlig anders. Es ist derzeit der stärkste von Menschen entdeckte Permanentmagnet und wird als „Magnetkönig“ bezeichnet.

Wie stark ist er? Bei gleichem Volumen ist das magnetische Energieprodukt von Neodym-Eisen-Bor-Magneten mehr als zehnmal so hoch wie das von gewöhnlichen Ferritmagneten! Das ist, als würde man dem Rotor des Motors einen „Superman-Anzug“ verpassen, der es ihm ermöglicht, mit einem extrem kleinen Volumen und Gewicht ein extrem starkes Magnetfeld zu erzeugen.

· Welche Vorteile bringt es?

1. Starke Leistung, schnelle Reaktion: Ein starkes Magnetfeld bedeutet ein höheres Drehmoment, weshalb Elektrofahrzeuge so schnell anfahren und beschleunigen und das Beschleunigungsgefühl sofort einsetzt.

2. Kompaktes Design, hoher Wirkungsgrad: Aufgrund der starken Magnetkraft kann der Motor sehr kompakt gebaut werden, wodurch mehr Platz für die Batterie oder die Fahrgastzelle im Fahrzeug gespart wird. Gleichzeitig ist sein Energieumwandlungswirkungsgrad extrem hoch und übersteigt in der Regel 95 %, was die 40 % von Verbrennungsmotoren weit übersteigt, was bedeutet, dass weniger elektrische Energie als Wärme verschwendet und direkt in die Reichweite umgewandelt wird.  

3. Leise und sanft: Ohne das Rumpeln und Vibrieren des Motors arbeitet der Motor extrem leise und verbessert so das Fahrerlebnis.

Man kann sagen, dass es ohne Permanentmagnetwerkstoffe aus seltenen Erden schwierig wäre, einen so effizienten, leistungsstarken und kompakten Motor für neue Energiefahrzeuge zu haben, wie wir ihn heute haben. Er ist die „Seele“ des Power Heart von Elektrofahrzeugen.

Zauber 2: Das „Langlebigkeitsverbesserungs“-Geheimnis des Energiespeichers – Batterien

Nachdem wir über das Power Heart gesprochen haben, werfen wir nun einen Blick auf den Energiespeicher – Batterien. Seltene Erden spielen hier die Rolle der „Helden im Hintergrund“. Obwohl ihre Verwendung nicht groß ist, sind ihre Auswirkungen entscheidend.

In den positiven Elektrodenmaterialien von ternären Lithiumbatterien kann das Hinzufügen von Spuren von Seltenerdelementen wie Lanthan und Cer als „Stabilisatoren“ und „Verbesserer“ wirken.

· Lebensdauer verlängern: Während des wiederholten Lade- und Entladevorgangs der Batterie bricht ihre innere Struktur allmählich zusammen, was zu einer Verringerung der Kapazität führt. Das Hinzufügen von Seltenerdelementen ist wie das Hinzufügen von „Verstärkungsrippen“ zum Rahmen der Batterie, wodurch die Kristallstruktur effektiv stabilisiert und der Alterungsprozess verlangsamt wird, wodurch die Lebensdauer der Batterie verlängert wird.

· Sicherheit verbessern: Seltenerdelemente können auch die thermische Stabilität der positiven Elektrodenmaterialien verbessern, wodurch die Batterie unter extremen Bedingungen wie hohen Temperaturen „ruhiger“ wird, das Risiko eines thermischen Durchgehens verringert und eine zusätzliche Sicherheitsebene geschaffen wird.

Obwohl seltene Erden keine elektrische Energie direkt liefern, sind sie wie ein akribischer „Batteriebetreuer“, der die Gesundheit und Sicherheit der Batterie stillschweigend schützt und es Ihrem Auto ermöglicht, länger und sicherer zu fahren.

Zauber 3: Die „unsichtbare“ Triebkraft für Leichtbau und Intelligenz

Ein ausgezeichnetes Elektrofahrzeug sollte nicht nur schnell sein und eine große Reichweite haben, sondern auch intelligent und energieeffizient sein. Seltene Erden haben in diesen beiden Aspekten eine bedeutende Rolle gespielt.

· Leichtbau der Fahrzeugkarosserie: Das Hinzufügen von seltenen Erden zu Leichtbaumaterialien wie Aluminium und Magnesium kann deren Verarbeitungseigenschaften und Festigkeit erheblich verbessern. Dadurch können Fahrzeugkomponenten leichter werden und dennoch robust und zuverlässig sein. Jede geringfügige Reduzierung des Fahrzeuggewichts trägt positiv zur Verbesserung der Reichweite bei.

· Elektronisches Steuerungssystem: Die zahlreichen Sensoren, Mikromotoren, Lautsprecher und andere elektronische Komponenten im Fahrzeug basieren alle auf kleinen Seltenerdmagneten und Seltenerdelementen. Sie sind die Grundlage für die Implementierung verschiedener intelligenter Fahrassistenzfunktionen und bieten hochwertige Audio- und Videoerlebnisse.