Τα τελευταία χρόνια, οι λέξεις «στοιχεία σπάνιων γαιών«, «νέα ενεργειακά οχήματα» και «ολοκληρωμένη ανάπτυξη» εμφανίζονται όλο και πιο συχνά στα μέσα ενημέρωσης. Γιατί; Αυτό οφείλεται κυρίως στην αυξανόμενη προσοχή που δίνει η χώρα στην ανάπτυξη των βιομηχανιών προστασίας του περιβάλλοντος και εξοικονόμησης ενέργειας, καθώς και στο τεράστιο δυναμικό για την ενσωμάτωση και ανάπτυξη σπάνιων γαιών στον τομέα των νέων ενεργειακών οχημάτων. Ποιες είναι οι τέσσερις κύριες κατευθύνσεις εφαρμογής των σπάνιων γαιών σε νέα ενεργειακά οχήματα;
△ Κινητήρας μόνιμου μαγνήτη σπάνιων γαιών
I
Κινητήρας μόνιμου μαγνήτη σπάνιων γαιών
Ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη σπάνιων γαιών είναι ένας νέος τύπος κινητήρα μόνιμου μαγνήτη που εμφανίστηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1970. Η αρχή λειτουργίας του είναι η ίδια με αυτή ενός ηλεκτρικά διεγερμένου σύγχρονου κινητήρα, εκτός από το ότι ο πρώτος χρησιμοποιεί έναν μόνιμο μαγνήτη για να αντικαταστήσει την περιέλιξη διέγερσης για διέγερση. Σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς ηλεκτρικούς κινητήρες διέγερσης, οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη σπάνιων γαιών έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα όπως απλή δομή, αξιόπιστη λειτουργία, μικρό μέγεθος, ελαφρύ βάρος, χαμηλές απώλειες και υψηλή απόδοση. Επιπλέον, το σχήμα και το μέγεθος του κινητήρα μπορούν να σχεδιαστούν με ευελιξία, γεγονός που τον καθιστά ιδιαίτερα πολύτιμο στον τομέα των οχημάτων νέας ενέργειας. Οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη σπάνιων γαιών στα αυτοκίνητα μετατρέπουν κυρίως την ηλεκτρική ενέργεια της μπαταρίας σε μηχανική ενέργεια, οδηγώντας τον σφόνδυλο του κινητήρα να περιστραφεί και να ξεκινήσει τον κινητήρα.
II
Μπαταρία σπάνιων γαιών
Τα στοιχεία σπάνιων γαιών όχι μόνο μπορούν να συμμετέχουν στην παρασκευή των σημερινών υλικών ηλεκτροδίων για μπαταρίες λιθίου, αλλά και να χρησιμεύσουν ως πρώτες ύλες για την παρασκευή θετικών ηλεκτροδίων για μπαταρίες μολύβδου-οξέος ή μπαταρίες νικελίου-μετάλλου υδριδίου.
Μπαταρία λιθίου: Λόγω της προσθήκης στοιχείων σπάνιων γαιών, η δομική σταθερότητα του υλικού είναι σε μεγάλο βαθμό εγγυημένη και τα τρισδιάστατα κανάλια για την ενεργή μετανάστευση ιόντων λιθίου επεκτείνονται επίσης σε κάποιο βαθμό. Αυτό επιτρέπει στην προετοιμασμένη μπαταρία ιόντων λιθίου να έχει υψηλότερη σταθερότητα φόρτισης, αναστρεψιμότητα ηλεκτροχημικού κύκλου και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.
Μπαταρία μολύβδου-οξέος: Η εγχώρια έρευνα δείχνει ότι η προσθήκη σπάνιων γαιών συμβάλλει στη βελτίωση της αντοχής σε εφελκυσμό, της σκληρότητας, της αντοχής στη διάβρωση και της υπερτάσης έκλυσης οξυγόνου του κράματος με βάση το μόλυβδο στην πλάκα ηλεκτροδίων. Η προσθήκη σπάνιων γαιών στο ενεργό συστατικό μπορεί να μειώσει την έκλυση θετικού οξυγόνου, να βελτιώσει τον ρυθμό αξιοποίησης του θετικού ενεργού υλικού και, επομένως, να βελτιώσει την απόδοση και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
Μπαταρία νικελίου-μεταλλικού υδριδίου: Η μπαταρία νικελίου-μεταλλικού υδριδίου έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής ειδικής χωρητικότητας, του υψηλού ρεύματος, της καλής απόδοσης εκφόρτισης και της μη ρύπανσης, γι' αυτό και ονομάζεται «πράσινη μπαταρία» και χρησιμοποιείται ευρέως στην αυτοκινητοβιομηχανία, την ηλεκτρονική και άλλους τομείς. Προκειμένου να διατηρηθούν τα εξαιρετικά χαρακτηριστικά υψηλής ταχύτητας εκφόρτισης της μπαταρίας νικελίου-μεταλλικού υδριδίου, ενώ παράλληλα αναστέλλεται η φθορά της διάρκειας ζωής της, το ιαπωνικό δίπλωμα ευρεσιτεχνίας JP2004127549 εισάγει ότι η κάθοδος της μπαταρίας μπορεί να αποτελείται από κράμα αποθήκευσης υδρογόνου με βάση το μαγνήσιο-νικέλιο σπάνιων γαιών.
△ Νέα ενεργειακά οχήματα
III
Καταλύτες σε τριαδικούς καταλυτικούς μετατροπείς
Όπως είναι γνωστό, δεν μπορούν όλα τα οχήματα νέας ενέργειας να επιτύχουν μηδενικές εκπομπές, όπως τα υβριδικά ηλεκτρικά οχήματα και τα προγραμματιζόμενα ηλεκτρικά οχήματα, τα οποία απελευθερώνουν μια ορισμένη ποσότητα τοξικών ουσιών κατά τη χρήση. Προκειμένου να μειωθούν οι εκπομπές των καυσαερίων των αυτοκινήτων τους, ορισμένα οχήματα αναγκάζονται να εγκαταστήσουν τριοδικούς καταλυτικούς μετατροπείς κατά την έξοδό τους από το εργοστάσιο. Όταν τα καυσαέρια υψηλής θερμοκρασίας του αυτοκινήτου διέρχονται από αυτά, οι τριοδικοί καταλυτικοί μετατροπείς θα ενισχύσουν τη δραστηριότητα των CO, HC και NOx στο εσωτερικό τους μέσω του ενσωματωμένου παράγοντα καθαρισμού, έτσι ώστε να μπορούν να ολοκληρώσουν την οξειδοαναγωγή και να παράγουν αβλαβή αέρια, κάτι που ευνοεί την προστασία του περιβάλλοντος.
Το κύριο συστατικό του τριαδικού καταλύτη είναι οι σπάνιες γαίες, οι οποίες παίζουν βασικό ρόλο στην αποθήκευση υλικών, αντικαθιστώντας ορισμένους από τους κύριους καταλύτες και χρησιμεύοντας ως καταλυτικά βοηθήματα. Οι σπάνιες γαίες που χρησιμοποιούνται στον καταλύτη καθαρισμού του αερίου ουράς είναι κυρίως ένα μείγμα οξειδίου του δημητρίου, οξειδίου του πρασεοδυμίου και οξειδίου του λανθανίου, τα οποία είναι πλούσια σε ορυκτά σπάνιων γαιών στην Κίνα.
IV
Κεραμικά υλικά σε αισθητήρες οξυγόνου
Τα στοιχεία σπάνιων γαιών έχουν μοναδικές λειτουργίες αποθήκευσης οξυγόνου λόγω της μοναδικής ηλεκτρονικής τους δομής και χρησιμοποιούνται συχνά στην παρασκευή κεραμικών υλικών για αισθητήρες οξυγόνου σε ηλεκτρονικά συστήματα ψεκασμού καυσίμου, με αποτέλεσμα καλύτερη καταλυτική απόδοση. Το ηλεκτρονικό σύστημα ψεκασμού καυσίμου είναι μια προηγμένη συσκευή ψεκασμού καυσίμου που χρησιμοποιείται από βενζινοκινητήρες χωρίς καρμπυρατέρ και αποτελείται κυρίως από τρία κύρια μέρη: σύστημα αέρα, σύστημα καυσίμου και σύστημα ελέγχου.
Επιπλέον, οι σπάνιες γαίες έχουν επίσης ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών σε εξαρτήματα όπως γρανάζια, ελαστικά και χάλυβα αμαξώματος. Μπορεί να ειπωθεί ότι οι σπάνιες γαίες είναι απαραίτητα στοιχεία στον τομέα των οχημάτων νέας ενέργειας.
Ώρα δημοσίευσης: 14 Ιουλίου 2023