테슬라의 희귀 주장

희토류가 없는 영구 자석 모터를 설계하겠다는 Tesla의 발표는 업계를 놀라게 했습니다. 어떤 기술이 시장에서 가장 강한 자석과 경쟁할 수 있을까요?

Tesla의 드라이브 트레인 엔지니어링 이사인 Colin Campbell은 3월 1일 Tesla의 투자자 날에서 상당히 충격적인 발언을 했습니다. "우리는 희토류 원소를 전혀 사용하지 않도록 영구 자석 모터를 사용하는 차세대 드라이브 유닛을 설계했습니다."라고 그는 발표했습니다. Tesla는 이전에 Model 3 및 Model Y 드라이브 트레인의 희토류 함량이 25% 감소했다고 보고했습니다. 추가 트리밍이 예상되었지만 희토류가 없는 영구 자석 모터가 상업적으로 응용될 수 있다고 생각한 사람은 거의 없었습니다.

Tesla의 초기 모델은 유도 모터를 사용했습니다. 유도 모터에서는 회전자를 회전시키는 자기력이 교류에 의해 생성됩니다. 2017년 출시된 모델3에는 강력한 영구자석을 이용해 자기장을 생성하는 모터가 적용됐다. 영구자석(PM) 모터는 더 높은 효율과 전력 밀도를 제공합니다. IDTechex의 조사에 따르면 2022년에는 전기 자동차 모터 시장의 80% 이상이 PM 모터가 차지했습니다.

그럼에도 불구하고 자동차 제조업체들은 강력한 자석을 만들기 위해 희토류에 대한 의존도를 줄이는 데 열중하고 있습니다. 많은 사람들이 여전히 철, 붕소, 희토류 네오디뮴(NdFeB)의 강력한 합금을 사용하고 있습니다. 특성을 미세 조정하거나 향상시키기 위해 더 많은 희토류를 첨가할 수 있습니다. 이러한 원자재 공급에 대한 중국의 엄격한 통제는 자동차 산업에 부담이 되며, 특히 현재 베이징과 워싱턴 사이에 균열이 커지는 상황입니다. 중국은 전 세계 연간 희토류 수요의 약 3분의 2를 채굴하고 있으며, 정제 비율은 훨씬 더 높습니다.

게다가 희토류 가격도 큰 관심사다. 과거에는 급격한 변동을 겪었지만, 앞으로는 세계가 전기화 및 풍차와 같은 지속 가능한 에너지원을 향해 선회하면서 강력한 자석에 대한 수요가 증가함에 따라 불편할 정도로 높이 올라갈 수 있습니다. Campbell은 "세계가 청정 에너지로 전환함에 따라 희토류에 대한 수요가 실제로 극적으로 증가하고 있으며 이러한 수요를 충족하기가 조금 어려울 뿐만 아니라 희토류 채굴은 환경 및 건강 위험을 안고 있습니다."라고 Campbell은 설명했습니다.

2023년 10월 12일 Bits&Chips Event 2023에서 Cocotec의 Phillipa Hopcroft와 ASML의 Ivo ter Horst가 리소그래피 기계 소프트웨어 구축 방식을 변화시키는 방법에 대한 기조 연설로 시작합니다. 웹사이트에서 프로그램 업데이트를 계속 확인하고 날짜를 저장하세요!

문제는 물리학이다. 네오디뮴과 몇 가지 다른 희토류는 철의 자기 특성을 향상시키는 독특한 특성을 가지고 있습니다. 이를 대체할 수 있는 것은 없습니다. 희토류 영구 자석이 시장에서 최고입니다. 따라서 Campbell의 발표에 대한 혼란이 있습니다. Tesla가 내놓은 모든 제품은 성능에 영향을 미치거나 회사가 현재 사용하는 PM 모터보다 더 크고 무거워야 합니다.

금속 및 광물 전문 연구 및 자문 회사인 Adamas Intelligence는 Tesla의 차세대 모터에서 NdFeB를 대체할 가장 유력한 후보가 다양한 세라믹 재료와 혼합된 산화철로 구성된 페라이트 자석일 것으로 예상하고 있습니다. 컨설팅 회사는 일본 Proterial(이전의 Hitachi Metals)이 몇 달 전에 제시한 모터 설계를 가리키며 "이것은 입증된 개념입니다."라고 썼습니다.

그러나 "완벽한 대안"은 아닙니다. 시뮬레이션에서 Proterial의 페라이트 자석 모터는 NdFeB 자석을 사용하는 유사한 모터의 출력 및 최대 회전 속도와 일치했지만 30%의 "대량" 무게 패널티가 있었습니다. 출력과 무게는 일치하지만 50% 더 높은 회전 속도로 작동하는 두 번째 설계에서는 토크가 "물질적으로 감소"했습니다.

가능성이 낮은 옵션은 질화철 자석이 될 것입니다. 여기에 추가된 질소 원자는 철의 결정 구조 변화를 유도하여 자기 특성을 향상시킵니다. 이 기술은 페라이트보다 덜 성숙했지만, 미네소타 대학에서 분사한 Niron Magnetics는 더 저렴한 비용으로 희토류 자석의 성능에 필적하는 제품 출시에 가까워졌다고 말합니다. 그러나 회사는 Tesla가 아닌 GM과 파트너십을 맺고 있습니다.