Elektromobilität Projekt Greene: Neue Permanentmagneten mit reduziertem Anteil an seltenen Erden in Entwicklung

Permanentmagnete auf Basis von Neodym-Eisen-Bor sind wichtige Bestandteile eines Elektrofahrzeugs. Mit zunehmendem Stromeranteil steigt auch die Nachfrage nach Magneten und seltenen Erden. Problem: Derzeit kommen rund 97 Prozent der seltenen Erden aus China. Nicht nur die Abhängigkeit von Importen aus dem Reich der Mitte, auch Umweltschäden und geopolitische Spannungen zählen daher zu Herausforderungen, die es zu lösen gilt. Im Projekt Green arbeiten Forscher nun an Hochleistungsmagneten auf Nd-Fe-B-Basis mit einem niedrigeren Anteil an seltenen Erden.

15 europäische Partner, nämlich das Institut Jozef Stefan als Koordinator, die Hochschule Pforzheim, die Universität für Weiterbildung Krems, die Universidad de Zaragoza, die Agencia Estatal Consejo Superior de Investigaciones Cientificas, die Hochschule Aalen, die Vinnytsia National Technical University, das Centre National de la Recherche Scientifique, Magneti Ljubljana Podjetje za Proizvodnjo Magnetnih Materialov, Steinbeis Europa Zentrum/Steinbeis 2i, die Universiteit Leiden, Consiglio Nazionale delle Ricerche, die Technische Universität Wien, Hypromag sowie Bosch, forschen im Projekt „Single-Grain re-engineered Nd-Fe-B permanent Magnets, kurze Greene, an neuen Hochleistungsmagneten auf Basis von Neodym-Eisen-Bor (Nd-Fe-B). Ziel ist es, diese auf Einzelkorn-Ebene so umzugestalten, dass der Gesamtgehalt an seltenen Erden minimiert wird. Denn die Europäische Union ist hier abhängig von den Importen aus China, insbesondere auch weil eine europäische Magnetindustrie fehlt.

Widerstandsfähig gegen Entmagnetisierung

Permanentmagnete auf Basis von NdFeB bestehen aus mehreren Phasen, und ihre Gesamtleistung wird durch eine hohe magnetische Remanenz (MR), die sich in der Magnetstärke widerspiegelt, und eine hohe intrinsische magnetische Koerzitivfeldstärke (Hc) bestimmt, die sie widerstandsfähig gegen Entmagnetisierung macht. Ihr maximales Energieprodukt setzt sich also sowohl aus der MR als auch aus der Hc zusammen. Weil Magnete bei hohen Temperaturen funktionieren müssen, beispielsweise in Traktionsmotoren von Elektrofahrzeugen, hat eine hohe Hc in der Regel Vorrang vor einer hohen MR, was sich negativ auf die mit der MR verbundenen Leistungsabgabe auswirkt. In konventionell gesinterten Magneten sind die NdFeB-Körner mikroskopisch klein und die Bereiche zwischen den Körnern werden als Korngrenzen bezeichnet. Wenn sie einer entmagnetisierenden Kraft ausgesetzt werden, beginnt die Entmagnetisierung an den Korngrenzen mit der Korngrenzen-Phase, bevor sie sich schnell ausbreitet und die Koerzitivfeldstärke des Magneten beeinflusst.

Einkörnige Nd-Fe-B-Permanentmagnete

Greene entwickelt nun einkörnige Nd-Fe-B-Permanentmagnete mit einer neuen Korngrenzfläche. Dadurch sinkt der Anteil an seltenen Erden im Magnet. Die im Projekt neu entwickelten Magnet werden so ressourceneffizienter und weisen eine um etwa 20 Prozent höhere Koerzitivfeldstärke, eine um 10 Prozent höhere magnetische Remanenz und ein um 20 Prozent höheres maximales Energieprodukt auf.

Im ersten Schritt werden mithilfe mikromagnetischer Simulationen und computergestützter Thermodynamik neue Korngrenzen und -flächen geschaffen. Nach einer ersten Testphase wendet man die Technologie dann auf isolierte Körner aus recycelten und frischen Materialströmen an, um eine neue Form von Nd-Fe-B-Magneten zu entwickeln. Am Ende des Projekts soll das Magnetherstellungssystem in einer realen Betriebsumgebung zum Einsatz kommen.  (se)

Materials Nexus

KI-basierte Materialentwicklung bringt neuen Magneten hervor

Unter staatlicher Kontrolle

China reguliert die Exporte von Seltenen Erden

(ID:50145466)