ทิศทางการประยุกต์ใช้ธาตุหายากในรถยนต์พลังงานใหม่ 4 ประการหลัก

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา คำว่า “ธาตุหายาก“รถยนต์พลังงานใหม่” และ “การพัฒนาแบบบูรณาการ” มักปรากฏในสื่อบ่อยขึ้นเรื่อยๆ เหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น สาเหตุหลักมาจากการที่ประเทศให้ความสำคัญกับการพัฒนาอุตสาหกรรมการปกป้องสิ่งแวดล้อมและประหยัดพลังงานมากขึ้น รวมถึงศักยภาพมหาศาลในการบูรณาการและพัฒนาธาตุหายากในสาขาของรถยนต์พลังงานใหม่ ทิศทางการใช้งานธาตุหายากในรถยนต์พลังงานใหม่มี 4 ประการหลักๆ อย่างไร

△ มอเตอร์แม่เหล็กถาวรดินหายาก

I

มอเตอร์แม่เหล็กถาวรดินหายาก

มอเตอร์แม่เหล็กถาวรแรร์เอิร์ธเป็นมอเตอร์แม่เหล็กถาวรชนิดใหม่ที่ปรากฏขึ้นในช่วงต้นทศวรรษปี 1970 หลักการทำงานของมอเตอร์ชนิดนี้เหมือนกับมอเตอร์ซิงโครนัสแบบกระตุ้นด้วยไฟฟ้า ยกเว้นว่ามอเตอร์แบบซิงโครนัสแบบกระตุ้นด้วยไฟฟ้าจะใช้แม่เหล็กถาวรเพื่อแทนที่ขดลวดกระตุ้นสำหรับการกระตุ้น เมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์กระตุ้นไฟฟ้าแบบดั้งเดิมแล้ว มอเตอร์แม่เหล็กถาวรแรร์เอิร์ธมีข้อได้เปรียบที่สำคัญ เช่น โครงสร้างที่เรียบง่าย การทำงานที่เชื่อถือได้ ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา การสูญเสียต่ำ และประสิทธิภาพสูง นอกจากนี้ รูปร่างและขนาดของมอเตอร์ยังสามารถออกแบบได้อย่างยืดหยุ่น ซึ่งทำให้มอเตอร์ชนิดนี้ได้รับความนิยมอย่างมากในด้านยานยนต์พลังงานใหม่ มอเตอร์แม่เหล็กถาวรแรร์เอิร์ธในรถยนต์ส่วนใหญ่จะแปลงพลังงานไฟฟ้าของแบตเตอรี่เป็นพลังงานกล ขับเคลื่อนล้อหมุนของเครื่องยนต์เพื่อหมุนและสตาร์ทเครื่องยนต์
II

แบตเตอรี่พลังงานแรร์เอิร์ธ

ธาตุหายากไม่เพียงแต่สามารถมีส่วนร่วมในการเตรียมวัสดุอิเล็กโทรดกระแสหลักในปัจจุบันสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมเท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบในการเตรียมอิเล็กโทรดบวกสำหรับแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดหรือแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์อีกด้วย

แบตเตอรี่ลิเธียม: เนื่องมาจากการเพิ่มธาตุหายาก ทำให้มีการรับประกันความเสถียรของโครงสร้างของวัสดุเป็นอย่างมาก และช่องสามมิติสำหรับการเคลื่อนย้ายลิเธียมไอออนแบบแอคทีฟยังขยายออกไปในระดับหนึ่งด้วย ซึ่งทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เตรียมไว้มีเสถียรภาพในการชาร์จที่สูงขึ้น การกลับวงจรไฟฟ้าเคมี และอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น

แบตเตอรี่ตะกั่วกรด: การวิจัยในประเทศแสดงให้เห็นว่าการเติมแรร์เอิร์ธช่วยเพิ่มความแข็งแรง ความแข็ง ความทนทานต่อการกัดกร่อน และการเกิดออกซิเจนได้ ศักย์เกินของโลหะผสมตะกั่วบนแผ่นอิเล็กโทรด การเติมแรร์เอิร์ธลงในส่วนประกอบที่ใช้งานสามารถลดการปล่อยออกซิเจนบวก ปรับปรุงอัตราการใช้ของวัสดุบวกที่ใช้งาน และปรับปรุงประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่

แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์: แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์มีข้อดีคือมีความจุจำเพาะสูง กระแสไฟสูง ประสิทธิภาพการชาร์จและการคายประจุที่ดี และไม่มีมลพิษ จึงเรียกว่า "แบตเตอรี่สีเขียว" และใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์ อิเล็กทรอนิกส์ และสาขาอื่นๆ เพื่อรักษาคุณสมบัติการคายประจุความเร็วสูงที่ยอดเยี่ยมของแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ในขณะที่ยับยั้งการเสื่อมสภาพของอายุการใช้งาน สิทธิบัตรญี่ปุ่น JP2004127549 แนะนำว่าแคโทดของแบตเตอรี่อาจประกอบด้วยโลหะผสมไฮโดรเจนที่กักเก็บจากแมกนีเซียมและนิกเกิลซึ่งเป็นธาตุหายาก

△ รถยนต์พลังงานใหม่

ที่สาม

ตัวเร่งปฏิกิริยาในตัวแปลงเร่งปฏิกิริยาสามองค์ประกอบ

เป็นที่ทราบกันดีว่ารถยนต์พลังงานใหม่ไม่สามารถปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ได้ทั้งหมด เช่น รถยนต์ไฟฟ้าไฮบริดและรถยนต์ไฟฟ้าแบบตั้งโปรแกรมได้ ซึ่งปล่อยสารพิษจำนวนหนึ่งระหว่างการใช้งาน เพื่อลดการปล่อยไอเสียของรถยนต์ รถยนต์บางคันจึงจำเป็นต้องติดตั้งตัวเร่งปฏิกิริยาสามทางเมื่อออกจากโรงงาน เมื่อไอเสียรถยนต์อุณหภูมิสูงผ่านเข้าไป ตัวเร่งปฏิกิริยาสามทางจะเพิ่มกิจกรรมของ CO, HC และ NOx ในสารฟอกไอเสียในตัว ทำให้สามารถเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ที่สมบูรณ์และสร้างก๊าซที่ไม่เป็นอันตราย ซึ่งเอื้อต่อการปกป้องสิ่งแวดล้อม

องค์ประกอบหลักของตัวเร่งปฏิกิริยาสามองค์ประกอบคือธาตุหายาก ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการกักเก็บวัสดุ แทนที่ตัวเร่งปฏิกิริยาหลักบางตัว และทำหน้าที่เป็นตัวช่วยเร่งปฏิกิริยา ธาตุหายากที่ใช้ในตัวเร่งปฏิกิริยาการทำให้บริสุทธิ์ของก๊าซไอเสียส่วนใหญ่เป็นส่วนผสมของซีเรียมออกไซด์ เพรซีโอไดเมียมออกไซด์ และแลนทานัมออกไซด์ ซึ่งอุดมไปด้วยแร่ธาตุหายากในจีน

 
IV

วัสดุเซรามิกในเซนเซอร์ออกซิเจน

ธาตุหายากมีหน้าที่กักเก็บออกซิเจนเฉพาะตัวเนื่องจากมีโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์เฉพาะตัว และมักใช้ในการเตรียมวัสดุเซรามิกสำหรับเซ็นเซอร์ออกซิเจนในระบบหัวฉีดเชื้อเพลิงอิเล็กทรอนิกส์ ส่งผลให้ประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาดีขึ้น ระบบหัวฉีดเชื้อเพลิงอิเล็กทรอนิกส์เป็นอุปกรณ์ฉีดเชื้อเพลิงขั้นสูงที่นำมาใช้ในเครื่องยนต์เบนซินที่ไม่มีคาร์บูเรเตอร์ ประกอบด้วยส่วนหลักสามส่วน ได้แก่ ระบบอากาศ ระบบเชื้อเพลิง และระบบควบคุม

นอกจากนี้ ธาตุหายากยังถูกนำไปใช้ในชิ้นส่วนต่างๆ เช่น เฟือง ยาง และเหล็กตัวถังอีกด้วย จึงถือได้ว่าธาตุหายากเป็นองค์ประกอบสำคัญในยานยนต์พลังงานใหม่