Japonská automobilka Toyota předevčírem ve své tiskové zprávě uvedla, že se jí podařilo vyrobit první magnet s nižším množstvím neodymu, který by zároveň odolával vysokým teplotám. Neodymové magnety se v současnosti používají ve vysokovýkonných motorech elektromobilů. Levnější a dostupnější vstupní suroviny tak mohou pomoci zvýšit jejich dostupnost.
Nový magnet používá výrazně méně neodymu (chemická značka Nd), prvku vzácných zemin. Stejně tak není při jeho výrobě potřeba ještě vzácnějšího terbia (Tb) a dysprosia (Dy). Jako náhrada slouží lanthan (La) a cer (Ce, latinsky cerium), které, ač stále spadají mezi kovy vzácných zemin, jsou mnohem dostupnější a levnější.
V grafu je Bor vykreslen hnědě (B), železo (Fe) zeleně , červeně terbium (Tb) a dysprosium (Dy), neodym oranžově (Nd) a modře lanthan (La) a cer (Ce). První linie grafu ukazuje novou technologii, druhá technologii použitou při výrobě automobilu Toyota Prius ze čtvrté generace a níže starší, druhou a třetí generaci téhož automobilu.
Neodym hraje důležitou roli pro udržování vysoké koercivity – schopnosti udržet magnetické pole (resp. přesněji odolávat demagnetizaci externím magnetickým polem i svým vlastním demagnetizačním polem) – a tepelné odolnosti.
Magnet pod elektronovým mikroskopem a analýza jeho složení • Graf tepelné odolnosti a porovnání s ostatními magnety (červeně znázorněna novinka od Toyoty)
Protože nelze jednoduše snížit množství neodymu a nahradit jej lanthanem a cerem, neboť by došlo ke snížení výkonu motoru, Toyota musela vyvinout novou technologii, která umožní motoru zachovat původní vlastnosti. Výsledkem je pak ekvivalentní magnet s identickou tepelnou odolností, ale s o 50 % nižším množstvím neodymu.
Tři pilíře nové technologie
Magnetické vyrovnání
Primární (např. polarizace nasycení nebo intenzita magnetického pole) a sekundární magnetické vlastnosti (např. remanence či koercivita) výrazně závisí na mikrostruktuře materiálu, která je určena chemickým složením a technologií výroby. Při vývoji materiálů jde především o „magnetické vyrovnání“ (usměrnění), čili stupeň orientace částic (zrn, krystalitů).
Ukázka rozdílu mezi novou a starou technologií ve velikosti a orientaci částic (zrn, krystalitů)
Dvouvrstvá struktura magnetu
V konvenčních neodymových magnetech je neodym rozmístěn rovnoměrně a v mnohých případech je ho více, než je nutné. Toyota používá neodym na povrchu, kdežto jeho koncentraci směrem ke středu postupně snižuje.
Konvenční magnet a jeho dvouvrstvá forma
Specifický poměr mezi lanthanem a cerem
Je-li lanthan a cer použit konvenční metodou, postupem času snižuje své vlastnosti (tepelnou odolnost a koercivitu). Toyota tvrdí, že nejúčinnější je vytvářet magnety s poměrem lanthanu ku ceru 1:3.
Přechod ke specifickému poměru lanthanu ku ceru (1:3).
Budoucnost a nasazení do praxe
Předpokládá se, že nový motor obsáhne široký rozsah nasazení. Přestože v nově se rozvíjejícím elektro-automobilovém průmyslu po něm bude největší poptávka, najde si svou cestu mezi generátory elektřiny, elektrické posilovače řízení, roboty anebo různorodé domácí přístroje.
Toyota očekává, že do svých elektrických automobilů začne tento typ montovat do roku 2025, nejdříve však za dva roky.