Bỉ Ngạn Hoa
Writer
Theo tờ Nikkei, hãng xe Nhật Nissan Motor đã phát triển thành công nghệ nam châm động cơ được tạo ra bằng vật liệu rẻ tiền hơn so với loại nam châm neodymium phổ biến trên xe điện hiện nay.
Nam châm giá rẻ của Nissan được phát triển bằng cách sử dụng samarium-sắt, một hợp kim đất hiếm. Nhà sản xuất ô tô Nhật Bản có kế hoạch đưa nam châm này vào sản xuất thương mại vào năm tài chính 2030, kết thúc vào tháng 3/2031.
Mục tiêu của Nissan là đưa chi phí sản xuất xe điện ngang bằng với xe chạy xăng vào năm tài chính 2030. Điều đó đòi hỏi phải cắt giảm 30% chi phí sản xuất xe điện.
Chủ tịch công ty Makoto Uchida đã vạch ra lộ trình nâng cao lợi thế cạnh tranh của công ty trong lĩnh vực xe điện trong buổi thuyết trình về kế hoạch kinh doanh trung hạn vào tháng 3/2024.
Uchida cho biết: “Chúng tôi sẽ áp dụng các phương pháp độc đáo của Nissan trong toàn bộ kỹ thuật, sản xuất và chuỗi cung ứng”.
Động cơ xe điện thường kết hợp nam châm mạnh làm từ neodymium. Nam châm càng mạnh thì mô men xoắn và cơ năng càng lớn.
Neodymium không chỉ là kim loại đất hiếm mà những nam châm như vậy còn được chế tạo bằng dysprosium và terbium - hai loại đất hiếm nữa có đặc tính chịu nhiệt. Tuy nhiên, nguồn cung neodymium và dysprosium phần lớn đến từ Trung Quốc, gây ra rủi ro cho chuỗi cung ứng.
Bắc Kinh hạn chế xuất khẩu đất hiếm sang Nhật Bản sau vụ va chạm năm 2010 giữa tàu Trung Quốc và Nhật Bản gần quần đảo Senkaku do Nhật Bản quản lý và Trung Quốc tuyên bố chủ quyền. Mặc dù Nhật Bản đã có thể đa dạng hóa đều đặn các nguồn neodymium, nhưng hầu hết nguồn cung cấp dysprosi và các loại đất hiếm nặng khác đều do Trung Quốc thống trị.
Nam châm sắt samarium của Nissan không sử dụng ba loại đất hiếm dùng làm nam châm xe điện hiện nay. Nissan cho biết nam châm chủ yếu được làm bằng samarium và sắt, nhưng công ty vẫn chưa nêu chi tiết về thành phần chính xác của vật liệu.
Mặc dù samarium là đất hiếm nhưng nó được lấy dưới dạng sản phẩm phụ của quá trình sản xuất neodymium, do đó nguồn cung dễ tiếp cận hơn so với neodymium và dysprosium.
Samarium thường được sử dụng trong nam châm samarium-coban được tìm thấy trong động cơ máy bay. Theo công ty, Nissan sẽ là công ty đầu tiên trên thế giới sử dụng samarium cho ứng dụng xe điện.
Tại Nhật Bản, nhu cầu hàng năm về samarium đứng ở mức 80 tấn, theo dữ liệu công bố năm ngoái của Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản. Khối lượng đó thấp hơn nhiều so với nhu cầu khoảng 5.000 tấn đối với neodymium và didymium, một hỗn hợp neodymium.
Theo Nissan, giá thị trường của samarium chỉ bằng một phần neodymium, nghĩa là nam châm sắt samarium có thể giảm chi phí sản xuất khoảng 30% so với nam châm neodymium. So với pin, nơi việc sử dụng các sản phẩm lithium-ion sắt photphat rẻ tiền ngày càng trở nên phổ biến, chi phí động cơ đã giảm chậm hơn.
Nam châm sắt samarium được kỳ vọng sẽ giết chết hai con chim bằng một mũi tên bằng cách tránh rủi ro mua sắm và giảm chi phí sản xuất động cơ, nhưng việc phát triển chúng là một thách thức.
Nói chung, chế tạo nam châm bao gồm một bước trong đó vật liệu được nén lại, cải thiện hiệu suất. Trong trường hợp nam châm neodymium, bước này được gọi là thiêu kết - nén vật liệu ở nhiệt độ cao dưới điểm sôi của chúng.
Nhưng quá trình thiêu kết có thể làm thay đổi cấu trúc của nam châm sắt samarium, ảnh hưởng đến chức năng. Nissan đã phát triển một phương pháp nén thay thế dựa trên chất xúc tác khí thải, mặc dù hãng này chưa tiết lộ chi tiết cụ thể.
Nam châm Ferrite, không chứa kim loại đất hiếm, là một giải pháp thay thế khác đang được khám phá cho động cơ điện. Nhưng hiện nay chúng yếu hơn nhiều so với nam châm neodymium và chưa được sử dụng rộng rãi.
Theo Nissan, nam châm sắt samarium của hãng có công suất từ thông - thước đo lực từ của nam châm - nằm ở khoảng giữa nam châm neodymium và ferrite. Nó tương đương với nam châm neodymium ở khả năng chịu nhiệt.
Nissan cho đến nay chỉ sản xuất nam châm sắt samarium trong phòng thí nghiệm. Họ vẫn cần phát triển một phiên bản nam châm lớn hơn và tìm ra cách sản xuất hàng loạt bộ phận này.
Masaru Uenohara, thuộc bộ phận kỹ thuật sản xuất hệ thống truyền động của Nissan cho biết, vì nam châm sắt samarium vẫn chưa được sử dụng trong xe điện nên “chúng tôi sẽ chỉ biết những vấn đề gì sẽ xảy ra ở phía trước khi chúng tôi bắt đầu thử nghiệm”.
Nissan đã sử dụng một động cơ không có nam châm vĩnh cửu trong mẫu xe thể thao đa dụng Ariya của mình, tận dụng chuyên môn của đối tác liên minh Renault để giảm nhu cầu về kim loại đất hiếm. Nhưng động cơ không từ tính có xu hướng lớn hơn và nặng hơn, và Nissan cũng muốn có các lựa chọn thay thế cho động cơ từ tính.
Nissan đặt mục tiêu khoảng 40% mẫu xe của mình sẽ chạy bằng điện vào năm tài chính 2030. Đối mặt với sự cạnh tranh giá rẻ từ BYD và các đối thủ Trung Quốc khác, hãng sản xuất ô tô này coi sự phát triển về nam châm là chìa khóa để đạt được lợi thế.
Nam châm giá rẻ của Nissan được phát triển bằng cách sử dụng samarium-sắt, một hợp kim đất hiếm. Nhà sản xuất ô tô Nhật Bản có kế hoạch đưa nam châm này vào sản xuất thương mại vào năm tài chính 2030, kết thúc vào tháng 3/2031.
Mục tiêu của Nissan là đưa chi phí sản xuất xe điện ngang bằng với xe chạy xăng vào năm tài chính 2030. Điều đó đòi hỏi phải cắt giảm 30% chi phí sản xuất xe điện.
Xe điện Ariya của Nisssan
Chủ tịch công ty Makoto Uchida đã vạch ra lộ trình nâng cao lợi thế cạnh tranh của công ty trong lĩnh vực xe điện trong buổi thuyết trình về kế hoạch kinh doanh trung hạn vào tháng 3/2024.
Uchida cho biết: “Chúng tôi sẽ áp dụng các phương pháp độc đáo của Nissan trong toàn bộ kỹ thuật, sản xuất và chuỗi cung ứng”.
Động cơ xe điện thường kết hợp nam châm mạnh làm từ neodymium. Nam châm càng mạnh thì mô men xoắn và cơ năng càng lớn.
Neodymium không chỉ là kim loại đất hiếm mà những nam châm như vậy còn được chế tạo bằng dysprosium và terbium - hai loại đất hiếm nữa có đặc tính chịu nhiệt. Tuy nhiên, nguồn cung neodymium và dysprosium phần lớn đến từ Trung Quốc, gây ra rủi ro cho chuỗi cung ứng.
Bắc Kinh hạn chế xuất khẩu đất hiếm sang Nhật Bản sau vụ va chạm năm 2010 giữa tàu Trung Quốc và Nhật Bản gần quần đảo Senkaku do Nhật Bản quản lý và Trung Quốc tuyên bố chủ quyền. Mặc dù Nhật Bản đã có thể đa dạng hóa đều đặn các nguồn neodymium, nhưng hầu hết nguồn cung cấp dysprosi và các loại đất hiếm nặng khác đều do Trung Quốc thống trị.
Nam châm sắt samarium của Nissan không sử dụng ba loại đất hiếm dùng làm nam châm xe điện hiện nay. Nissan cho biết nam châm chủ yếu được làm bằng samarium và sắt, nhưng công ty vẫn chưa nêu chi tiết về thành phần chính xác của vật liệu.
Mặc dù samarium là đất hiếm nhưng nó được lấy dưới dạng sản phẩm phụ của quá trình sản xuất neodymium, do đó nguồn cung dễ tiếp cận hơn so với neodymium và dysprosium.
Samarium thường được sử dụng trong nam châm samarium-coban được tìm thấy trong động cơ máy bay. Theo công ty, Nissan sẽ là công ty đầu tiên trên thế giới sử dụng samarium cho ứng dụng xe điện.
Tại Nhật Bản, nhu cầu hàng năm về samarium đứng ở mức 80 tấn, theo dữ liệu công bố năm ngoái của Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản. Khối lượng đó thấp hơn nhiều so với nhu cầu khoảng 5.000 tấn đối với neodymium và didymium, một hỗn hợp neodymium.
Theo Nissan, giá thị trường của samarium chỉ bằng một phần neodymium, nghĩa là nam châm sắt samarium có thể giảm chi phí sản xuất khoảng 30% so với nam châm neodymium. So với pin, nơi việc sử dụng các sản phẩm lithium-ion sắt photphat rẻ tiền ngày càng trở nên phổ biến, chi phí động cơ đã giảm chậm hơn.
Để làm nam châm sắt samarium, Nissan đã phát triển cách nén vật liệu thô mới không làm thay đổi cấu trúc của nam châm như cách nén thiêu kết thông thường hiện nay.
Nam châm sắt samarium được kỳ vọng sẽ giết chết hai con chim bằng một mũi tên bằng cách tránh rủi ro mua sắm và giảm chi phí sản xuất động cơ, nhưng việc phát triển chúng là một thách thức.
Nói chung, chế tạo nam châm bao gồm một bước trong đó vật liệu được nén lại, cải thiện hiệu suất. Trong trường hợp nam châm neodymium, bước này được gọi là thiêu kết - nén vật liệu ở nhiệt độ cao dưới điểm sôi của chúng.
Nhưng quá trình thiêu kết có thể làm thay đổi cấu trúc của nam châm sắt samarium, ảnh hưởng đến chức năng. Nissan đã phát triển một phương pháp nén thay thế dựa trên chất xúc tác khí thải, mặc dù hãng này chưa tiết lộ chi tiết cụ thể.
Nam châm Ferrite, không chứa kim loại đất hiếm, là một giải pháp thay thế khác đang được khám phá cho động cơ điện. Nhưng hiện nay chúng yếu hơn nhiều so với nam châm neodymium và chưa được sử dụng rộng rãi.
Theo Nissan, nam châm sắt samarium của hãng có công suất từ thông - thước đo lực từ của nam châm - nằm ở khoảng giữa nam châm neodymium và ferrite. Nó tương đương với nam châm neodymium ở khả năng chịu nhiệt.
Nissan cho đến nay chỉ sản xuất nam châm sắt samarium trong phòng thí nghiệm. Họ vẫn cần phát triển một phiên bản nam châm lớn hơn và tìm ra cách sản xuất hàng loạt bộ phận này.
Masaru Uenohara, thuộc bộ phận kỹ thuật sản xuất hệ thống truyền động của Nissan cho biết, vì nam châm sắt samarium vẫn chưa được sử dụng trong xe điện nên “chúng tôi sẽ chỉ biết những vấn đề gì sẽ xảy ra ở phía trước khi chúng tôi bắt đầu thử nghiệm”.
Nissan đã sử dụng một động cơ không có nam châm vĩnh cửu trong mẫu xe thể thao đa dụng Ariya của mình, tận dụng chuyên môn của đối tác liên minh Renault để giảm nhu cầu về kim loại đất hiếm. Nhưng động cơ không từ tính có xu hướng lớn hơn và nặng hơn, và Nissan cũng muốn có các lựa chọn thay thế cho động cơ từ tính.
Nissan đặt mục tiêu khoảng 40% mẫu xe của mình sẽ chạy bằng điện vào năm tài chính 2030. Đối mặt với sự cạnh tranh giá rẻ từ BYD và các đối thủ Trung Quốc khác, hãng sản xuất ô tô này coi sự phát triển về nam châm là chìa khóa để đạt được lợi thế.
