美國時間3月1日,馬斯克宣布,特斯拉將制造一種不含有稀土元素的永磁電動汽車車機。
在當日舉行的活動中,特斯拉CEO埃隆·馬斯克發(fā)表演講,有一條通往可持續(xù)發(fā)展的道路,地球可以養(yǎng)活今天的80億人。關于電動汽車,他許下一個目標,2030年每年生產(chǎn)2000萬輛電動車。
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萬眾矚目的“宏圖篇章3”同時揭開神秘面紗:下一代永磁電機將完全不使用稀土材料!
為什么叫宏圖篇章3?簡單理解,在此之前還有計劃1、計劃2,并且這兩個計劃都已經(jīng)實現(xiàn)!
2006年,第一個宏圖篇章是:制造一款低產(chǎn)量高價格電動車。
2016年,第二個宏圖篇章是:打造中低價格高產(chǎn)量的電動車。
宏圖篇章1公布十年后,特斯拉的市值就達到了340億美元。
宏圖篇章2公布至今,特斯拉的市值為6416億美元。
因此這個計劃值得注意,這并非是張口就說的空談。
眾所周知,稀土永磁是我國的一個核心戰(zhàn)略資產(chǎn),同時稀土在地球上的含量非常少,開采及冶煉對環(huán)境污染巨大。
在國家主導下,國內(nèi)已形成了六大稀土集團主導的發(fā)展格局,國內(nèi)稀土開采和冶煉分離總量受到嚴格管控,稀土供給穩(wěn)定可控,不得無指標、超指標生產(chǎn),稀土行業(yè)集中度顯著提升,理論上我們控制了稀土的產(chǎn)量。
稀土其中的一種叫做釹鐵硼,目前是新能源汽車里面一個核心部件永磁電機的重要材料。
1982年,日本住友特殊金屬的佐川真人發(fā)現(xiàn)釹磁鐵,至今已有四十多年,釹鐵硼作為節(jié)能環(huán)保的朝陽產(chǎn)業(yè),廣泛用于許多行業(yè)。比如:
汽車行業(yè):電機中的永磁體,以釹鐵硼為部件的電機尺寸小、重量輕,而且性價比高。釹鐵硼的特點是有高磁能積、高矯頑力,是現(xiàn)今磁性僅次于絕對零度鈥磁鐵的永久磁鐵,也被稱為強力磁鐵。
電子產(chǎn)品:硬盤、手機、耳機以及用電池供電。
新能源和節(jié)能減排行業(yè):工業(yè)電機、節(jié)能空調(diào)等領域。
此外還有核磁共振、風力發(fā)電和電機等領域。
從目前稀土永磁的形勢來看,正處在快速增長階段,其中需求量較大的包括特斯拉、比亞迪等新能源汽車的制造方面。
鑒于世界上的釹鐵硼產(chǎn)業(yè)正在向我國轉移,國內(nèi)的相關水平已經(jīng)遙遙領先。有的廠商研發(fā)感應電機和電勵磁電機,是為了規(guī)避稀土限制,結果發(fā)現(xiàn)效率沒有永磁電機高,同樣的續(xù)航需要更大容量的電池,而且控制變得復雜,這使得整個驅(qū)動系統(tǒng)的成本更高,不得不老老實實回到永磁電機上。
特斯拉選擇永磁電機,雖然發(fā)動機成本變高了,但從電池成本、提高能源效率,延長續(xù)航等多項因素計算后,反而更節(jié)省了成本。
對于電動車來說續(xù)航是個問題,鑒于國內(nèi)稀土資源又很豐富,國產(chǎn)車選高效率的永磁同步電機是順理成章的事。
永磁同步電機雖然有體積小、效率高等明顯優(yōu)勢,但卻有個退磁問題。按字面意思理解,永磁體就是永遠的磁體,永磁體在高溫、強震動時同樣會退磁。另外,在低速大功率運行時,雖然溫度不高但定子的強電磁場,會在轉子中產(chǎn)生渦流,這也會產(chǎn)生退磁作用。
對于技術的發(fā)展來說,不斷更新尋求最優(yōu)也是順理成章的事。
汝鐵硼相關行業(yè)方面,美國沒有多少優(yōu)勢,稀土等原材料都是依靠進口。根據(jù)海關數(shù)據(jù)顯示,2013年以來我國稀土永磁體出口量持續(xù)增長,2022年我國稀土永磁體出口達53288噸,同比增長8.6%,創(chuàng)歷史新高。
在新能源汽車、工業(yè)電機、機器人、風電、變頻空調(diào)等多重需求的拉動下,海外稀土永磁需求有望持續(xù)增長,對稀土價格可以形成長期穩(wěn)定的局面。
雖然美國的稀土含量也很豐富,但人家不開采,不開采對于商人來說等同于無。估計馬斯克很擔心,他也會怕被卡脖子的時候,于是決定發(fā)展不用稀土的電機。
從業(yè)界和學界的角度上分析,專家稱實現(xiàn)不用稀土的永磁電機完全有可能,目前已有兩條清晰路線:第一種是永磁輔助同步的勵磁電機,最大特色是用鋼做轉子,可以不用稀土。第二種是對稀土本身的替代,比如鐵和鎳的材料作為稀土材料上的替代。
從產(chǎn)業(yè)演變規(guī)律來看,無稀土永磁技術實現(xiàn)和量產(chǎn),可能仍需要較長時間進行產(chǎn)業(yè)化。
無獨有偶,對于電動汽車的另一個大部件:驅(qū)動電池方面,日本研發(fā)成功了固態(tài)電池。雖然全球的車企和寧德時代等電池企業(yè)對固態(tài)電池有研究開發(fā)規(guī)劃,但日本在這方面依然超前了。
事實上,日本較早就在布局固態(tài)電池方面的彎道超車。機構數(shù)據(jù)顯示,日本企業(yè)包攬固態(tài)電池相關專利總數(shù)的前三,排名第四的三星電子??傮w而言,日本公司占據(jù)了前10名中的6名。
與目前的鋰電池相比,固態(tài)電池優(yōu)勢相當明顯:
一、充電速度可提高幾倍以上,而且不受溫度限制;
二、能量密度翻倍,續(xù)航里程達到1000km以上變得簡單;
三、化學性質(zhì)更穩(wěn)定,破損后也不用擔心安全問題。
簡單來說,預計固態(tài)電池將使駕駛距離增加一倍,充電時間減少三分之一,還能降低火災風險,因為其具有不可燃性、無腐蝕性、無揮發(fā)、不會漏液等特性。
從某種程度上,固態(tài)電池其實也是一種不小的突破。
從鋰礦到稀土永磁電機再到鋰電池,目前我們掌握鋰電池全產(chǎn)業(yè)鏈。但科研要有緊迫感、危機感,我們一定不能掉以輕心,低估了國外新能源汽車領域研發(fā)能力。
不出意外,國產(chǎn)電池車企將再次遭到合圍局面,美日韓多國企業(yè)抱團研發(fā),實力雄厚。國內(nèi)企業(yè)同樣不能單打獨斗,要有危機感!
科技領域從來沒有常勝將軍,一定會有失敗者被踢出場,要維系持久,就需要不斷投入研發(fā)。